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片上网络(Network on Chip, NoC)是解决复杂片上多处理器系统(Multi-Processor SoC, MPSoC)通信问题的重要手段。随着片上集成的模块数增加,NoC性能越来越受到节点密度和距离的限制。为此,研究者开始将研究热点转移到层次化结构上。本文从层次化结构的拓扑、路由算法以及路由结构三个方面对层次化NoC有关技术进行了研究。论文深入分析了现有层次化NoC结构,提出一种新的基于区域划分的层次化NoC结构,利用该结构特性,提出一种基于源区域路径选择的自适应路由算法和一种基于缓存分配的NoC虫孔路由器结构。论文主要内容如下：1.提出了一种基于区域划分的层次化CHMesh拓扑结构。针对较大规模NoC中较远距离节点路由跳数较大,导致网络功耗和面积过大的问题,将拓扑结构分两层。底层以Mesh方式互连,并划分为多个路由区域,以保证邻近节点的通信需求；上层以CMesh方式通过中间节点将底层各个区域进行互连,以降低网络直径和网络平均距离。同时,上层网络采用双链路方式,以提高上层网络通信能力。性能分析和仿真实验表明,在非均匀流量模式下,与Ref-Mesh结构相比,CHMesh结构在64节点规模下可降低约14.9%的端到端平均延迟,并提升约11.6%的网络吞吐量。2.提出了一种基于源区域路径选择的层次化NoC路由算法。针对CHMesh结构中间节点路由负载较大导致局部区域拥塞的问题,利用CHMesh结构区域划分特性,将路由决策由源节点转移至源区域。同时,根据路由跳数将网络中的源-目的节点对进行重新分类,并从中划分出可进行自适应路由的源-目的节点对,以缓解中间节点拥塞状况。仿真实验表明,与CHMesh结构最短路径算法相比,在合成流量模式和局部流量模式下,该算法的网络饱和注入率最多可分别提升约51%和34%。3.提出了一种基于缓存分配的NoC虫孔路由器结构。针对传统路由器设计方法导致CHMesh结构关键中间节点输入缓存头阻塞的问题,使用一种新的缓存分配策略。在不改变原有缓存大小的情况下,划分一定大小的可回环缓存为辅助缓存区,可用于暂存无法在短时间内路由的数据微片。同时,根据缓存阻塞情况控制辅助缓存的回环和正常路由转发,“尽力而为”地缓解输入缓存头阻塞。仿真实验表明,与传统的虫孔路由器结构相比,该路由器结构能够以较小的额外开销,获得约9.8%的吞吐率提升。