CN107682118A - 一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，源节点向目的节点发送数据包，数据包包括两个相同包头微片和若干个数据微片；中间节点接收数据包后，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传，并将正确的包头微片及数据微片传输至下一节点；目标节点接收到包头微片及数据微片后，对所有微片进行纠检错重传。本发明利用数据包传输过程中重要性的不同，采用了纠检错重传容错和双模冗余容错，提高了NoC容错能力，能够有力的保证数据包传输的可靠性，同时兼顾了传输延时、功耗以及有效数据吞吐等性能。

Description

一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法

技术领域

本发明涉及一种NoC容错方法，特别是一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，属于集成电路多核设计领域。

背景技术

随着半导体和集成电路技术的不断发展，片上***(System-on-Chip，SoC)以及片上多处理器(Multicore Processors System-on-Chip，MPSoC)概念被提出，为了解决MPSoC中总线架构的瓶颈问题，片上网络(Network-on-Chip，NoC)被提出，它由IP核、本地内存、路由器、网络接口以及链路组成，为各部件之间通信提供高可靠和低延迟的服务，同时借鉴多核网络技术，使得总线架构带来的问题从***架构上得到解决，具有易于扩展、验证复杂度低、带宽资源利用率高等优点。NoC的优势使其在各个领域得到广泛的应用，特别是卫星通信和航空航天等领域。然而，随着工艺的进步，各种干扰对通信的影响问题变得十分严峻，NoC的数据可靠性传递成为新的关注热点。

调查显示NoC***中，几乎80％的故障都是由瞬时故障引起的。瞬时故障产生具有随机性，电路设计时很难避免，而且随着工艺进一步提升，两位甚至多位错误的出现使得数据传输可靠性受到了极大的挑战。针对NoC瞬时故障，尤其是两位甚至多位传输错误，采用合适的容错方法，成为了保证NoC可靠性通信的关键技术。

NoC***中通常以数据包的形式进行传输，每个数据包都包含包头微片(HeaderSlice/Header Flit)和数据微片(Data Slice/Header Flit)，其中包头微片中包含了比数据微片更为重要的路由信息，需要重点保护。传统容错方法采用端到端检错重传或者点到点检错重传对数据包进行差错控制，该方式不能同时兼顾传输延时、功耗、有效数据吞吐等性能要求。此外在出错率比较大的应用中，包头微片没有得到特殊保护，从而进一步导致性能降低甚至出现较大概率的错误传输。所以有必要在容错方法方面进行改进，提高容错的性能并同时兼顾延时、功耗及有效数据吞吐等性能要求。

发明内容

本发明的技术解决的问题是：克服现有容错方法的不足，提出一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，该方法利用了纠检错编码对数据微片和包头微片进行容错，同时对包头微片进行双模冗余容错，提高了数据的传输可靠性同时兼顾了传输延时、功耗以及有效数据吞吐等性能要求。

本发明的技术解决方案是：

提供一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，步骤如下：

(1)源节点向目的节点发送数据包，数据包包括两个相同包头微片和若干个数据微片；

(2)中间节点接收数据包后，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传，并将正确的包头微片及数据微片传输至下一节点；

(3)目标节点接收到包头微片及数据微片后，对所有微片进行纠检错重传。

优选的，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传的具体方法为：

如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片进行替换，同时发送一个确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则向上一个节点发送一个重传请求信号，要求上一级节点对包头微片进行重传。

优选的，包头微片的数据格式包括数据有效位、标识位、数据包类型、数据包长度、复数标识、传递层号、保留位、包头编号、目的地址、源地址以及校验码。

优选的，数据微片的数据格式包括数据有效位、标识位、有效数据以及校验码。

优选的，源节点向目的节点发送数据包的具体流程如下：

(1)在源节点接收数据包，对数据包的包头微片及数据微片进行编码并缓存，连续缓存2个相同的包头微片；将所有微片依次发送到下一个路由节点，发送完整个数据包后停止发送微片，并等待目的节点反馈；

(2)如果源节点收到了目的节点的确认信号，则立即清空缓冲区，并返回步骤(1)；

(3)如果源节点收到了目的节点发送的重传请求信号，则将缓存的数据包重新发送；源节点从开始发送包头微片起进行计时，如果规定重传时限内没有收到确认信号或者重传请求信号，则会主动进行数据重传，直到目的节点发送的确认信号为止。

优选的，目标节点接收到包头微片及数据微片后，对所有微片进行纠检错重传的具体流程如下：

目的节点顺序的接收微片，并进行解码校验，判断微片内数据是否正确，如果正确，则向源节点发送确认信号，同时停止接收数据微片，直到新的数据包到来；如果错误，则丢弃当前数据包，并发送重传请求信号给源节点要求进行重传；目的节点从收到第一个包头微片开始进行计时，如果规定时间内没有收到完整的数据包，则发送重传请求信号给源节点要求进行重传。

优选的，中间节点接收数据包后，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传的具体流程如下：

(1)中间节点接收到上一节点的数据之后会判断是包头微片还是数据微片，如果是包头微片，则进行双模冗余的纠检错重传，如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片进行替换，同时发送一个确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则向上一个节点发送一个重传请求信号，要求上一级节点对包头微片进行重传；将正确的包头微片存储到数据缓冲区并转发至下一节点，并锁定该节点至下一节点的传输链路，如果接收到下一节点的确认信号之后，重新打开所述传输链路；

如果是数据微片则转发至下一节点；中间节点从接收到第一个包头微片开始计时，在规定时间内如果没有收到完整数据包，则会发送反馈信号给上一级路由节点用来释放该传输链路。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出了一种基于双模冗余的校验方式对包头微片进行容错，采用两个相同的包头微片，保证了包头微片中的错误能够及时被发现并纠正，提高了包头微片传输的可靠性，确保了数据包传输路由信息的正确性，避免传输路径错误，减少了重传造成的过多时间开销。

(2)本发明对包头微片采用点到点的纠检错重传，对数据微片采用端到端的纠检错重传，采用纠一检二的编码方式，可以纠正一位错误，检测两位错误并得到重传，既保证了数据的正确传输，同时避免了一位错误重传带来的功耗开销，提高了有效数据吞吐；

(3)本发明在源节点设置超时机制，保证了目的节点能够最终收到完整正确的数据包；在目的节点设置超时机制，保证了源节点能够及时收到目的节点的反馈，减少了重传延时；在中间节点设置超时机制，保证链路及时释放，有效的提高了数据链路的利用率；

(4)本发明采用了混合检错重传机制，加入了纠一检二的纠错策略，同时对包头微片采用双模冗余容错，提高了数据传输可靠性，减少了传输延时，改善了功耗开销，在源节点、目的节点以及中间节点都加入了超时机制，提高了链路利用率，因此本容错方法兼顾了传输延时、功耗、有效数据吞吐等性能要求。

附图说明

图1是本发明NoC纠检错重传容错方法模型结构图；

图2是本发明纠检错重传容错方法流程框图；

图3是本发明容错方法中数据包结构图，其中(a)为数据包格式，(b)为包头微片格式，(c)为数据微片格式。

图4是本发明容错方法源节点处理数据流程图；

图5是本发明容错方法目的节点数据处理流程图；

图6是本发明容错方法中间节点数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明纠检错重传容错方法模型需要在源节点、中间节点、目的节点对数据包的处理相互配合完成整个数据包的传输。源节点发送数据包至目的节点，中间节点对包头微片进行双模冗余重传容错和数据转发。

如图3所示为本发明中传输数据包的结构图。其中(a)为数据包的格式，(b)为包头微片格式，(c)为数据微片格式。其中每个数据包包含2个相同包头微片和多个数据微片，经过编码之后微片的数据位宽为41比特。其中，包头微片包含了数据传输的请求信号(图3(b)中数据有效位和标识位)和路由相关重要信息(图3(b)中的源地址、目的地址、数据包长度、数据包类型、复数标识、传递层号以及包头编号)。

如图2所示，数据包传输经过的每个中间节点都会进行数据缓存，每接收到一个微片后，进行微片数据存储，并判断微片类型，如果为包头微片，则进行点对点的基于双模冗余的纠检错重传容错，并传输正确的包头微片至下一节点；如果为数据微片，则直接将其转发至下一节点。

基于双模冗余的纠检错重传容错是指接收到两个包头微片后分别进行纠检错，如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个ACK确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片进行替换并进行后续的路由信息提取及相关操作，同时发送一个ACK确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则表明包头微片发送过程中发生了错误，此时发送一个重传请求信号，要求上一级节点对包头微片进行重传。

如图4所示，源节点负责数据的发送处理，具体实施流程包括：

首先，在源节点的本地输入端口，对包头微片进行编码并缓存，为了实现后面的双模冗余传输，必须连续缓存2个相同的包头微片；对数据微片，则进行编码并缓存。之后将数据依次发送到下一个路由节点(按照设定的路由算法进行传输)，当整个数据包发送完成之后，停止发送数据并等待目的节点反馈；如果源节点收到了目的节点发送的ACK确认信号，则立即清空缓冲区，并将下一个新的数据包按照(1)中的步骤存储到缓冲区并发送；如果源节点收到了目的节点发送的NACK重传请求信号，则会将重传缓冲区中缓存的数据包进行重传；源节点从开始发送第一个包头微片起计时，如果在规定时间内没有收到目的节点发送的ACK确认或者NACK重传请求信号，则会主动进行数据重传；

如图5所示，目的节点主要负责数据的接收处理，具体实施流程包括：

首先，目的节点顺序的接收微片，并对收到的微片进行解码校验，判断校验结果是否正确。如果收到完整正确的数据包，则立即向源节点发送ACK确认信号，同时停止接收冗余数据微片，直到新的数据包到来；如果目的节点收到数据包不完整或者有错误，则会丢弃当前数据包，并发送一个NACK重传请求信号给源节点要求进行重传；目的节点从收到第一个包头微片开始进行计时，如果规定时间内没有收到完整的数据包，则发送NACK重传请求信号给源节点要求进行重传，这样做可以防止数据包由于遗漏丢失而导致整个NoC网络处于停滞等待(“死机”)的状态；

如图6所示，中间节点主要负责包头微片的双模冗余差错控制以及数据微片的缓存和转发，算法具体实施流程包括：

(1)首先，中间节点接收到上一节点的数据之后会判断是包头微片还是数据微片，如果是包头微片，则首先进行解码校验(由于算法采用了双模传输方案，所以需要对两个包头微片都进行解码校验)，如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个ACK确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片替换并进行后续的路由信息提取及相关操作，同时发送一个ACK确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则表明包头微片发送过程中发生了错误，此时发送一个重传请求信号给上一节点，要求上一级节点对包头微片进行重传；

(2)当包头微片正确接收之后，中间节点开始接收数据微片并将其存储到数据缓冲区准备进行后续传输。如果收到一个完整的数据包，则会发送一个确认信号给上一级路由节点，同时锁定当前微片集对应的输出链路端口，保证了下一级路由节点中数据不会覆盖而导致数据传输错误；

(3)中间节点需要同时完成上一级数据包的接收以及下一级节点数据包的发送工作。当接收到下一级路由节点发送的对应数据包ACK确认信号之后，需要将(2)中锁定的输出端口重新打开，这样既保证了数据能够正确传输而不会造成覆盖错误，同时也不需要等待目的节点最终的反馈信号，因此可以很快的释放链路，提高了链路利用率，也减小了重传延时，提高了数据有效吞吐量；

(4)中间节点从接收到第一个包头微片开始，进行计时操作，在规定时间内如果没有收到完整数据包，则会发送反馈信号给上一级路由节点用来释放该传输链路，引入该超时机制可以保证链路不会因为出现丢包等情况而导致某条链路长期被占用，可以有效的避免网络出现严重的拥塞。

本发明加入了超时检测重传机制，在源节点进行计时，超时未收到反馈则进行数据包重传；在目的节点进行计时，规定时间没有收到完整数据包则发送重传请求；在中间节点进行计时，规定时间没有收到完整数据包则释放上一级路由节点锁定的相关链路，保证了数据包传输不会导致网络死锁，同时改善重传延时。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于步骤如下：

(1)源节点向目的节点发送数据包，数据包包括两个相同包头微片和若干个数据微片；

(2)中间节点接收数据包后，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传，并将正确的包头微片及数据微片传输至下一节点；

(3)目标节点接收到包头微片及数据微片后，对所有微片进行纠检错重传。

2.如权利要求1所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传的具体方法为：

如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片进行替换，同时发送一个确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则向上一个节点发送一个重传请求信号，要求上一级节点对包头微片进行重传。

3.如权利要求1或2所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，包头微片的数据格式包括数据有效位、标识位、数据包类型、数据包长度、复数标识、传递层号、保留位、包头编号、目的地址、源地址以及校验码。

4.如权利要求1或2所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，数据微片的数据格式包括数据有效位、标识位、有效数据以及校验码。

5.如权利要求1或2所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，源节点向目的节点发送数据包的具体流程如下：

(1)在源节点接收数据包，对数据包的包头微片及数据微片进行编码并缓存，连续缓存2个相同的包头微片；将所有微片依次发送到下一个路由节点，发送完整个数据包后停止发送微片，并等待目的节点反馈；

(2)如果源节点收到了目的节点的确认信号，则立即清空缓冲区，并返回步骤(1)；

(3)如果源节点收到了目的节点发送的重传请求信号，则将缓存的数据包重新发送；源节点从开始发送包头微片起进行计时，如果规定重传时限内没有收到确认信号或者重传请求信号，则会主动进行数据重传，直到目的节点发送的确认信号为止。

6.如权利要求1或2所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，目标节点接收到包头微片及数据微片后，对所有微片进行纠检错重传的具体流程如下：

目的节点顺序的接收微片，并进行解码校验，判断微片内数据是否正确，如果正确，则向源节点发送确认信号，同时停止接收数据微片，直到新的数据包到来；如果错误，则丢弃当前数据包，并发送重传请求信号给源节点要求进行重传；目的节点从收到第一个包头微片开始进行计时，如果规定时间内没有收到完整的数据包，则发送重传请求信号给源节点要求进行重传。

7.如权利要求2所述的基于双模冗余的NoC纠检错重传容错方法，其特征在于，中间节点接收数据包后，对包头微片进行双模冗余的纠检错重传的具体流程如下：

(1)中间节点接收到上一节点的数据之后会判断是包头微片还是数据微片，如果是包头微片，则进行双模冗余的纠检错重传，如果两个包头微片解码校验结果都正确，则向上一级路由节点发送一个确认信号；如果两个包头微片解码校验结果一个正确一个错误，则将错误的包头微片用正确的包头微片进行替换，同时发送一个确认信号到上一级节点；如果两个包头微片解码校验结果都不正确，则向上一个节点发送一个重传请求信号，要求上一级节点对包头微片进行重传；将正确的包头微片存储到数据缓冲区并转发至下一节点，并锁定该节点至下一节点的传输链路，如果接收到下一节点的确认信号之后，重新打开所述传输链路；

如果是数据微片则转发至下一节点；中间节点从接收到第一个包头微片开始计时，在规定时间内如果没有收到完整数据包，则会发送反馈信号给上一级路由节点用来释放该传输链路。