MPSoC上的NoC通信架构的实现

　　摘要：本文介绍了片上网络的相关概念，采用2D Mesh拓扑结构和XY路由算法，实现了一款用于构建MPSoC的片上网络。通过在EDK中构建4个MicroBlaze核的处理器，并用片上网络进行连接，最终在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA开发板上验证了片上网络的正确性。

　　引言

　　随着半导体集成电路以及片上多核技术的发展，片上系统(System On Chip，SoC)变得越来越复杂。传统的基于总线的通信结构具有可扩展性不强、结构简单以及当IP核较多时布线比较复杂等缺点已经成为了系统性能的瓶颈，难以满足日益增长的片上系统内部通信需求。2001年，研究者们借鉴了计算机网络的思想，提出了片上网络(Network On Chip，NoC)这种全新的片上互联架构。

　　目前关于片上网络的研究主要包括拓扑结构研究、路由算法研究以及模拟器研究等。尽管片上网络的研究蓬勃发展，但是基于特定应用的片上网络的研究还比较少。本文用VHDL语言构造出一个基于二维网格(2D Mesh)拓扑结构以及XY路由算法的片上网络。通过在EDK中构建多个MicroBlaze IP核，并用片上网络进行连接通信，最终在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA开发板上验证了该片上网络的正确性。

　　相关概念简介

　　片上网络

　　片上网络，即在芯片上引入计算机网络的概念，用以实现芯片上各个模块的互联。片上网络与计算机网络类似，都支持包交换、路由转发策略以及相关的路由协议等。但是，片上网络也有其自身的特点：首先，片上网络是基于芯片级的，其规模较小;其次，片上网络对传输的速率要求比较高;第三，片上网络受到制约的条件比较多;第四，片上网络对功耗以及路由算法的效率要求也比计算机网络要高。

　　FPGA

　　FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)是1984年由Xilinx公司发明的。它是一种半定制的通用器件，用户可以通过对FPGA器件编程实现所需的逻辑功能。

　　MicroBlaze

　　MicroBlaze是一种片内微处理器软核，它是一种针对Xilinx FPGA优化过的功能强大的片上微处理器软核。MicroBlaze软核的内部采用RISC指令集结构和哈佛存储结构，内部有32个通用寄存器、1个ALU单元、2个特殊寄存器程序指针(PC)和处理器状态寄存器(MSR)。

　　MPSoC

　　MPSoC(Multiprocessor System–On-Chip)也称多处理器片上系统。随着电路设计复杂度的大大提升，将多个处理器核集成到一块芯片上构成MPSoC的方法成为了新一代SoC的主流设计。MPSoC所应用的平台常常包括具有许多特定功能的处理单元、内存模块以及I/O部件。

　　片上网络的设计与实现

　　本文中片上网络的设计主要包括拓扑结构、路由算法、交换节点、网络接口等方面的设计。