一种基于当值缓存降低片上网络静态功耗的方法

摘要

本发明公开了一种基于当值缓存降低片上网络静态功耗的方法，目的是在不增加网络报文平均延迟的同时，降低路由器静态功耗损失。技术方案是改进路由器输入端口，在输入端口添加一个当值缓存、一个唤醒计数器、N个选择器、一个断电控制逻辑，在输入端口N个虚拟通道的电源上添加电源门控开关，并改进输入端口控制器；电源门控开关和断电控制逻辑对输入端口虚拟通道电源进行控制，降低虚拟通道静态功耗；输入端口控制器、输入端口分配器、唤醒计数器和当值缓存配合工作，替换处于断电或唤醒状态的虚拟通道存储报文，避免增加报文传输延迟。采用本发明既可降低片上网络的静态功耗，又可避免虚拟通道唤醒过程导致报文传输延迟增加。

主权项

一种基于当值缓存降低片上网络静态功耗的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，改进路由器输入端口，在输入端口添加一个当值缓存、一个唤醒计数器、N个选择器、一个断电控制逻辑，在输入端口N个虚拟通道的电源上添加电源门控开关，并改进输入端口控制器，使输入端口能够在虚拟通道处于空闲状态时，关闭虚拟通道电源，降低静态功耗，方法是：1.1在输入端口添加一个当值缓存，当值缓存与断电控制逻辑、输入端口分配器和N个选择器相连，当值缓存从输入端口分配器接收报文对报文进行存储，向断电控制逻辑和输入端口控制器发送1bit的duty_buffer_empty信号，duty_buffer_empty信号为“1”表示当值缓存处于空闲状态，duty_buffer_empty为“0”表示当值缓存正用于存储报文；1.2在N个虚拟通道的输出端均添加一个选择器，该选择器为二选一选择器；第i个选择器与第i条虚拟通道、当值缓存、交叉开关、输入端口控制器的输出控制信号的第i位相连，选择器从当值缓存和第i条虚拟通道接收报文，向交叉开关发送报文，从输入端口控制器接收输出控制信号的第i位，当输出控制信号第i位为“1”时，选择器输出当值缓存输出的报文，输出控制信号第i位为“0”时，选择器输出第i条虚拟通道输出的报文，0≤i≤N‑1；1.3在N个虚拟通道的电源上均添加电源门控开关，电源门控开关与断电控制逻辑和虚拟通道电源开关相连，从断电控制逻辑接收1bit的断电信号，断电信号为“1”时，电源门控开关关闭虚拟通道电源，断电信号为“0”时，电源门控开关接通虚拟通道电源；1.4在输入端口添加断电控制逻辑；断电控制逻辑由断电计数器和2个与门组成；第一与门是一个N+1输入与门，与N条虚拟通道、当值缓存、断电计数器和第二与门相连，从N个虚拟通道接收VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}信号，从当值缓存接收duty_buffer_empty信号，将VC_{i_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}和duty_buffer_empty进行与操作，得到断电触发信号，将断电触发信号发送给断电计数器和第二与门；VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}表示N个虚拟通道的空闲状态信息，VC_{i_empty}为“1”表示第i条虚拟通道处于空闲状态，未存储报文，为“0”表示第i条虚拟通道正用于存储报文；断电计数器与第一与门和第二与门相连，从第一与门接收断电触发信号，向第二与门发送1bit的开始断电信号，当断电触发信号为“0”时，断电计数器清零；当断电触发信号为“1”时，断电计数器开始计数，在每个时钟周期上升沿，如果断电触发信号为“1”，断电计数器加1,当断电计数值大于等于T_{_idle_detect}时，向第二与门发送的开始断电信号为“1”；当断电计数值小于T_{_idle_detect}时，开始断电信号为“0”；第二与门是一个2输入与门，与断电计数器、第一与门、电源门控开关、输入端口控制器和唤醒计数器相连，第二与门从断电计数器接收开始断电信号，从第一与门接收断电触发信号，对开始断电信号和断电触发信号进行与操作，得到断电信号，将断电信号发送给第一唤醒计数器、电源门控开关和输入端口控制器；1.5在输入端口添加唤醒计数器，唤醒计数器与断电控制逻辑的第二与门和输入端口控制器相连，从第二与门接收断电信号，向输入端口控制器发送1bit的保持信号；断电信号为“1”，唤醒计数器的值清零，当断电信号为“0”，唤醒计数器开始计数，在每个时钟周期的上升沿，如果断电信号为“0”，计数值加1；当唤醒计数器的值小于T_{_wakeup}时，保持信号为“1”，当唤醒计数器的值大于等于T_{_wakeup}时，保持信号为“0”，T_{_wakeup}为唤醒过程需要的时钟周期数；1.6改进输入端口控制器，输入端口控制器与唤醒计数器、输入端口分配器、N个选择器、断电控制逻辑、当值缓存和上游路由器的输出端口相连，从上游路由器输出端口接收报文，从唤醒计数器接收保持信号，从断电控制逻辑接收断电信号，从当值缓存接收duty_buffer_empty信号，向输入端口分配器发送报文和输入控制信号，向N个选择器发送N bit的输出控制信号；当断电信号为“1”且保持信号为“1”，或断电信号为“1”且保持信号为“0”，或断电信号为“0”且保持信号为“1”时，输入控制信号为N；当断电信号为“0”且保持信号为“0”时，输入控制信号为进入输入端口控制器报文携带的虚拟通道编号i；当保持信号为“0”且duty_buffer_empty信号为“1”时，输出控制信号的所有位为“0”；当保持信号为“1”且duty_buffer_empty信号为“1”，输出控制信号的第i位为“1”，i为进入输入端口控制器报文携带的虚拟通道编号，当保持信号为“1”且duty_buffer_empty信号为“0”，或保持信号为“0”且duty_buffer_empty信号为“0”时，输出控制信号的第j位为“1”，j为存储在当值缓存队列顶端报文携带的虚拟通道编号，其余位为“0”，0≤j≤N‑1；第二步，电源门控开关和断电控制逻辑对输入端口虚拟通道电源进行控制，降低虚拟通道静态功耗；输入端口控制器、输入端口分配器、唤醒计数器和当值缓存配合工作，替换处于断电或唤醒状态的虚拟通道存储报文，避免增加报文传输延迟：2.1片上网络通电，初始化路由器：2.1.1虚拟通道正常接收报文，至少存在一条虚拟通道i正用于存储报文，VC_{i_empty}为“0”；2.1.2第一与门对VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}和duty_buffer_empty进行与操作，输出的断电触发信号为“0”；2.1.3断电计数器从第一与门接收的断电触发信号为“0”，计数值清零，输出的开始断电信号为“0”，第二与门对开始断电信号和断电触发信号进行与操作，输出的断电信号为“0”；2.1.4电源门控开关从第二与门接受为“0”的断电信号，保持虚拟通道供电；2.1.5当值缓存处于空闲状态，输出的duty_buffer_empty信号为“1”；2.1.6唤醒计数器的值初始化为最大值，向输入端口控制器发送的保持信号为“0”；2.1.7输入端口控制器从当值缓存接收到的duty_buffer_empty信号为“1”，从断电控制逻辑接收的断电信号为“0”，从唤醒计数器接收的保持信号为“0”，发向输入端口分配器的输入控制信号为报文携带的虚拟通道编号i，发向N个选择器的输出控制信号的所有位都为“0”；2.1.8N个选择器从输入端口控制器接收所有位都为“0”的输出控制信号，输出对应虚拟通道输出的报文；2.2电源门控开关关闭虚拟通道电源：2.2.1第一与门从N个虚拟通道接收的VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}都为“1”，从当值缓存接收的duty_buffer_empty也为“1”，对VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}和duty_buffer_empty进行与操作所得的断电触发信号为“1”；2.2.2断电计数器从第一与门接收到为“1”的断电触发信号，开始计数，发向第二与门的开始断电信号为“0”；2.2.3第二与门对为“0”开始断电信号和为“1”断电触发信号进行与操作，输出的断电信号为“0”；2.2.4当断电计数器的值等于T_{_idle_detect}时，发向第二与门的开始断电信号变为“1”，致使第二与门输出的断电信号为“1”；2.2.5电源门控开关从断电控制逻辑接收到为“1”的断电信号，关闭所有虚拟通道电源，虚拟通道进入断电状态，不消耗静态功耗；2.2.6唤醒计数器从断电控制逻辑接收到为“1”的断电信号，对计数值清零，发向输入端口控制器的保持信号为“1”；2.3当值缓存替换处于断电状态的虚拟通道接收报文，电源门控开关接通虚拟通道电源：2.3.1输入端口控制器从上游路由器的输出端口接收报文，此时输入端口控制器从唤醒计数器接收的保持信号为“1”，从断电控制逻辑接收的断电信号为“1”，从当值缓存接收的duty_buffer_empty信号为“1”，发向输入端口分配器的输入控制信号为“N”，发向N个选择器的输出控制信号第i位为“1”，其余位为“0”；2.3.2输入端口分配器从输入端口控制器接收报文和为“N”的输入控制信号，将报文存储于当值缓存中；2.3.4第i个选择器从输入端口控制器接收的输出控制信号的第i位为“1”，选择将当值缓存输出的报文发向交叉开关；2.3.5当值缓存从输入端口分配器接收报文后，对报文进行存储，输出的duty_buffer_empty信号变为“0”；2.3.6第一与门对为“0”的duty_buffer_empty信号和VC_{0_empty}...VC_{i_empty}...VC_{N‑1_empty}信号进行与操作，输出的断电触发信号变为“0”；2.3.6断电计数器从第一与门接收为“0”的断电触发信号，清零计数器，发向第二与门的开始断电信号变为“0”；2.3.7第二与门对为“0”的断电触发信号和为“0”的开始断电信号进行与操作，输出的断电信号变为“0”；2.3.8电源门控开关从断电控制逻辑接收到为“0”的断电信号，接通所有虚拟通道电源，虚拟通道进入唤醒状态；2.3.9唤醒计数器从断电控制逻辑接收到为“0”的断电信号，开始计时，向输入端口控制器的保持信号保持为“1”；2.4当值缓存替换处于唤醒状态的虚拟通道，直到虚拟通道进入正常工作状态：2.4.1当唤醒计数器的值小于T_{_wakeup}时，从唤醒计数器接收的保持信号为“1”，输入端口控制器从断电控制逻辑接收的断电信号为“0”，从当值缓存接收的duty_buffer_empty信号为“0”，发向输入端口分配器的输入控制信号为N，发向N个选择器的输出控制信号的第j位为“1”，其余位为“0”；输入端口分配器从输入端口控制器接收的报文存储于当值缓存中，第j个选择器选择当值缓存的输出的报文；2.4.2当唤醒计数器的值等于T_{_wakeup}时，唤醒计数器发向输入端口控制器的保持信号变为“0”，虚拟通道经过T_{_wakeup}个时钟周期的通电，由唤醒状态进入到正常工作状态；2.4.3输入端口控制器从唤醒计数器接收为“0”的保持信号，发向输入端口分配器的输入控制信号变为i，发向N个选择器的输出控制信号的第j位为“1”，使得在当值缓存存储队列顶端的报文替换该报文本应存储的第j条虚拟通道的输出报文；2.4.4输入端口分配器从输入端口控制器接收报文和输入控制信号，将报文发送到第i条虚拟通道，停止向当值缓存存储报文；2.4.5当输入端口从当值缓存接收的duty_buffer_empty信号变为“1”时，发向N个选择器的输出控制信号变为“0”，所有选择器选择虚拟通道输出的报文，虚拟通道进入正常工作状态。