基于粒子群算法的NoC路径分配研究

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随着片上系统中所包含的 IP核数目剧增,以通信为核心的片上网络(Network-on-chip,NoC)展示了其优于总线结构的本质和属性,其必将成为集成电路下一代主流设计技术。而NoC路径分配作为NoC设计流程中的关键步骤,它的实现对节省通讯延时和改善NoC系统性能有着至关重要的意义。然而,高效、低需求以及适应NoC体系结构要求的NoC路径分配算法是一个NP问题,在规模较大的NoC中几乎不可能求得其最优解,因此研究新方法、策略以解决NoC路径分配难题具有重要的理论和现实意义。  文章首先研究了NoC路径分配相关技术,选取二维网格拓扑结构,源确定性最短路由算法和虫洞交换技术,以及虚拟信道流控技术的NoC架构,设计了一种基于改进粒子群算法的最短路径分配方法,并建立了旨在优化带宽需求和平衡链路的统一目标数学模型。通过调整参数λ,亦可选择联合目标优化,以求避免网络拥塞,节省通讯延时,实现NoC路径分配多目标优化设计。并在此基础上,为了摆脱易陷入局部极值的束缚,引入遗传操作,设计混合粒子群---遗传算法,并建立了相应的数学模型,实现了基于混合算法的NoC路径分配优化设计。  最后,文章以十个应用特征图为实验对象,选取优化的经验值作为参数初始值,展开NoC路径分配实验。仿真实验结果表明,文章的NoC路径分配算法适应2D Mesh拓扑结构的要求,不仅有效地得到了低带宽需求、链路均衡的路径分配方案,而且算法收敛速度快,能节省通讯延迟,提高NoC通讯任务的执行效率,为多媒体等具有高带宽和实时性要求的应用提供保证。
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