[发明专利]一种可动态切换工作模式的片上网络路由器及方法

摘要

本发明公开了一种可动态切换工作模式的片上网络路由器，包括电源门控PG控制器、第一至第三门控模块、直通模块、输入端口、输入端口控制模块、输入混合缓存区、路由模块、仲裁分配模块、交叉开关模块、输出端口控制模块和输出端口；PG控制器与第一至第三门控模块的输入端分别连接，第一至第三门控模块的输出端分别与输入混合缓存区、路由模块、直通模块分别连接，第一至第三门控模块、输入端口控制模块、输出端口控制模块分别与电源连接。本发明路由器支持直通、无缓存和混合缓存三种工作模式；本发明还公开了一种各模式间动态切换的方法，在增加了较小面积开销的情况下，能通过不同工作模式的动态切换有效降低路由器功耗。

主权项

1.一种可动态切换工作模式的片上网络路由器，其特征在于，包括电源门控PG控制器、第一至第三门控模块、直通模块、输入端口、输入端口控制模块、输入混合缓存区、路由模块、输出端口控制模块和输出端口；所述路由模块包括路由计算模块、仲裁分配模块和交叉开关模块，所述输入端口包括东输入端口、西输入端口、南输入端口、北输入端口和本地输入端口，输出端口包括东输出端口、西输出端口、南输出端口、北输出端口和本地输出端口；PG控制器与第一至第三门控模块的输入端分别连接，第一至第三门控模块的输出端分别与输入混合缓存区、路由模块、直通模块分别连接，第一至第三门控模块、输入端口控制模块、输出端口控制模块分别与电源连接；其中，PG控制器，用于根据关断信号en和第一唤醒信号wu1、第二唤醒信号wu2、第三唤醒信号wu3的状态产生第一门控信号PG1、第二门控信号PG2和第三门控信号PG3；第一门控信号PG1输出至第一门控模块，第二门控信号PG2输出至第二门控模块，第三门控信号PG3输出至第三门控模块；当路由器所连的资源内核无任务执行时，关断信号en为1；当路由器所连的资源内核有任务执行时，关断信号en为0；第一至第三门控模块，用于根据各自接收的第一门控信号PG1、第二门控信号PG2、第三门控信号PG3，来决定输出的虚拟电源Vdd1、Vdd2、Vdd3的值，以实现对其所连的输入混合缓存区、路由模块、直通模块的门控；直通模块包括计数器、注入率计算函数器、第一阈值比较器和直通单元；其中，计数器，用来对当前路由器中到来的完整数据包进行计数，得到数据访问次数cnt1；输出cnt1和经历的总时钟周期数至注入率计算函数器；注入率计算函数器，用于根据cnt1和经历的总时钟周期数计算得到当前的数据包注入率rate，输出rate至比较器；第一阈值比较器，用于将rate和设定第一阈值进行比较，得到第一唤醒信号wu1并将其输入到PG控制器中；仲裁分配模块包括输入仲裁模块、偏转判断模块、偏转数目计数器、偏转率计算函数模块、第二阈值比较器、竞争判断模块、竞争数目计数器、竞争率计算函数模块和第三阈值比较器；其中，输入仲裁模块，用于在多个输入端口请求相同的最佳输出端口情况下，采用仲裁算法进行仲裁，控制交叉开关模块进行输入端口和输出端口的数据交换；产生的微片仲裁结果输出至偏转判断模块和竞争判断模块；偏转判断模块，用于根据产生的微片仲裁结果，得到偏转信号def，偏转信号def输出至偏转数目计数器；当def值为0则代表此时无微片争夺情况产生，不会有任何微片被偏转；当def值为1则表示有偏转情况产生；偏转数目计数器，用于当有偏转情况产生即def值为1，偏转数目信号def_num的值就加1，输出偏转数目信号def_num至偏转率计算函数模块；偏转率计算函数模块，用于根据def_num和当前网络的总时钟周期数，计算此时该路由器的微片偏转率def_rate，输出def_rate至第二阈值比较器；第二阈值比较器，用于将def_rate与设定第二阈值进行比较，得到第二唤醒信号wu2输出至PG控制器；竞争判断模块，用于产生竞争信号com并将其输出至竞争数目计数器；当无微片争夺情况产生，竞争信号com值为0；当有微片争夺情况产生，竞争信号com值为1；竞争数目计数器，用于输出偏转数目信号com_num至竞争率计算函数模块，一旦有竞争发生com_num的值就加1；竞争率计算函数模块，根据com_num和当前网络的总时钟周期数，计算此时该路由器的微片争夺率com_rate并将其输出至第三阈值比较器；第三阈值比较器，用于将com_rate与设定第三阈值进行比较，得到第三唤醒信号wu3并将其输出至PG控制器；输入端口控制模块，用于当接收到关断信号en的值为1时，将东输入端口、西输入端口、南输入端口、北输入端口到来的微片输入至直通单元；当接收到关断信号en的值为0时，将输入端口传输过来的微片保存至输入混合缓存区；直通单元，根据路由器所处网络的位置，设置输入端口与输出端口的连接形式，从而将接收的微片输出至输出端口，从而实现将输入微片转发至网络中的相邻路由器节点；输入混合缓存区，用于存放微片并将其输出至路由计算模块；路由计算模块，用于对输入混合缓存区中的微片进行解析，采用路由算法计算获得微片的下一个转发方向，为微片选择在网络中的最佳输出端口；解析后的微片通过仲裁分配模块和交叉开关模块转发至所选择的输出端口；路由算法是指：当路由器工作在混合缓存模式下时，进行本地数据的发送和接收、路由计算、数据转发，即所有输入微片在经过输入端口控制模块的解析后，首先存储到各方向的混合缓存区中，然后包头信息进入路由计算模块计算最佳输出端口，接着进入仲裁分配模块，采用轮询方式进行仲裁来判断输入、输出端口的连接关系，最后仲裁成功的微片从最佳输出端口传输至下一跳相邻路由节点，而仲裁失败的微片则依旧存储在输入端的混合缓存区中，等待下一次重新参与路由。