noc多核芯片设计：booksim仿真从入门到精通2Router 类型及路由算法修改

发布于：2025-05-29 ⋅ 阅读:(26) ⋅ 点赞:(0)

Router::NewRouter 函数中所有支持的路由器类型（type）及其含义的详细解释表格。

这些类型决定了在 NoC 仿真器（如 BookSim）中使用哪种具体的路由策略和架构实现。

🧩 BookSim 中支持的 Router 类型一览表

type 字符串值 路由器类名 英文全称 / 简介 特点说明
"iq" IQRouter Input-Queued Router 基础输入队列路由器，每个输入端口有独立的缓冲区，适合模拟传统交换结构
"event" EventRouter Event-driven Router 基于事件驱动机制的路由器，用于更细粒度的时间控制
"chaos" ChaosRouter Chaos-based Routing 使用混沌理论进行路径选择，具有随机性以避免拥塞
"vct" VCTRouter Virtual Cut-Through Router 支持虚拟直通（Virtual Cut-Through），减少延迟
"fbfcl" FBFCLRouter Flit Bubble Flow Control Localized 使用 flit bubble 流控技术，局部流控优化
"bypass_no_arb" BypassNoArbRouter Bypass without Arbitration 绕过仲裁机制的快速旁路路由器
"bypass_no_arb_fbfcl" BypassNoArbFBFCLRouter Bypass + FBFCL 结合 bypass 和 FBFCL 的特性
"bypass_arb" BypassArbRouter Bypass with Arbitration 带仲裁机制的旁路路由器
"bypass_arb_fbfcl" BypassArbFBFCLRouter Bypass + FBFCL + Arb 加入仲裁机制的混合式旁路路由器
"bypass_vct" BypassVCTRouter Bypass + VCT 在 VCT 模式下启用旁路机制
"bypass_vct_bubble" BypassVCTBubbleRouter Bypass + VCT + Bubble 在 VCT 基础上加入 bubble 技术优化
"hybrid" HybridRouter Hybrid Router 混合架构，结合多种路由方式提高性能
"hybrid_fbfcl" HybridFBFCLRouter Hybrid + FBFCL 混合架构 + FBFCL 流控
"hybrid_simplified" BypassArbRouter Simplified Hybrid 简化的混合旁路架构（实际复用 BypassArb）
"hybrid_simplified_fbfcl" BypassArbFBFCLRouter Simplified Hybrid + FBFCL 同上，但加入 FBFCL 流控
"smart" ——（子类型决定） SMART (Smart Multi-hop Adaptive Routing) 智能多跳自适应路由架构

📌 SMART 子类型（当 type == “smart” 时）

SMART 是一种智能多跳绕道路由机制，旨在通过 lookahead 预测网络状态并提前决策路径，从而降低延迟、提升吞吐量。

smart_type 字符串值 路由器类名 描述
"classic" SMARTRouter 最初的 SMART 架构，基于 lookahead 决策是否绕行
"not_empty_realocation" SMARTNotEmptyRealocationRouter SMART 变体，在非空状态下重新分配资源
"nebb_wh" SMARTNEBBWHRouter NEBB_WH：带 lookahead 的高效绕道策略
"nebb_wh_fbfcl" SMARTNEBBWHFBFCLRouter NEBB_WH + FBFCL
"nebb_vct" SMARTNEBBVCTRouter NEBB_VCT：使用 VCT 的 SMART 实现（未优化信用）
"nebb_vct_opt" SMARTNEBBVCTOPTRouter NEBB_VCT_OPT：SMART++，带信用优化
"nebb_vct_opt_bubble" SMARTNEBBVCTOPTBubbleRouter SMART++ + bubble 技术
"s-smart" SMARTLARouter S-SMART++：进一步优化的 lookahead 自适应路由
"nebb_vct_la" SMARTNEBBVCTLARouter NEBB_VCT_LA：结合 lookahead 的 VCT SMART
"nebb_vct_la_bubble" SMARTNEBBVCTLABubbleRouter NEBB_VCT_LA + bubble，适用于 Torus 网络

🔍 术语解释（名词对照）

名词缩写 全称 含义简述
IQ Input-Queued 输入队列，每个输入通道有自己的缓冲队列
VCT Virtual Cut-Through 虚拟直通，flit 到达后立即转发，不等待整个 packet 缓存
FBFCL Flit Bubble Flow Control Localized 局部化 flit 泡沫流控，优化链路利用率
Bypass —— 快速通道绕过主路由逻辑，缩短关键路径
SMART Smart Multi-hop Adaptive Routing Technique 智能多跳自适应路由技术，利用 lookahead 提前决策路径
NEBB Non-Empty Buffer Based 基于非空缓冲区的状态判断绕道
LA Lookahead 预读机制，提前查看下一跳状态以优化路由决策

✅ 建议配置示例

[general]
router = smart
smart_type = nebb_vct_opt
use_noc_latency = 1

这表示使用 SMART++ 架构，结合 lookahead 和 credit 优化，适合高性能片上网络场景。

逐个函数进行解释

  • 函数名称；
  • 所属类（主要是 IQRouter）；
  • 函数作用说明；
  • 是否与 信道（channel）相关；
  • 是否与 跳数（hop count）追踪或统计相关；
  • 是否参与 仲裁（arbitration）流程；
  • 是否涉及 输入/输出处理、路由决策、VC 分配等关键步骤。

🧾 表格：IQRouter 类中所有函数详解

函数名 所属类 含义说明 信道相关 跳数相关 仲裁相关 输入/输出/路由相关
IQRouter(...) IQRouter 构造函数，初始化路由器参数 ✅ ❌ ❌ ✅
~IORouter() IORouter 析构函数，释放资源 ❌ ❌ ❌ ❌
AddOutputChannel(FlitChannel* channel, CreditChannel* backchannel) IORouter 添加一个输出通道及其反向信用通道 ✅ ❌ ❌ ✅
ReadInputs() IORouter 从输入通道读取 flits（数据包片段） ✅ ❌ ❌ ✅
InternalStep() IORouter 内部逻辑执行一步（如更新 VC 状态） ❌ ❌ ❌ ✅
WriteOutputs() IORouter 将 flits 写入输出通道 ✅ ❌ ❌ ✅
ReceiveFlits() IORouter 接收来自输入通道的 flits ✅ ❌ ❌ ✅
ReceiveCredits() IORouter 接收信用（Credit），用于流控 ✅ ❌ ❌ ✅
InputQueuing() IQRouter 将输入的 flits 放入相应的输入队列（VC） ❌ ❌ ❌ ✅
RouteEvaluate() IORouter 根据当前 flit 计算路由路径（调用路由函数） ❌ ✅ ❌ ✅
RouteUpdate() IORouter 更新路由结果（保存到 VC 中） ❌ ✅ ❌ ✅
VCAllocEvaluate() IORouter VC 分配评估阶段，决定哪些 VC 可以发送 flit ❌ ❌ ❌ ✅
VCAllocUpdate() IORouter 更新 VC 分配结果 ❌ ❌ ❌ ✅
SWHoldEvaluate() IORouter 判断是否需要保持当前开关状态 ❌ ❌ ❌ ✅
SWHoldUpdate() IORouter 更新开关保持状态 ❌ ❌ ❌ ✅
SWAllocAddReg(int input, int vc, int output) IORouter 注册某个输入 VC 到输出端口的请求 ❌ ❌ ✅ ✅
SWAllocEvaluate() IORouter 开关仲裁评估阶段，收集所有输入对输出的请求 ❌ ❌ ✅ ✅
SWAllocUpdate() IORouter 更新开关仲裁结果，确定哪个输入被选中 ❌ ❌ ✅ ✅
SwitchEvaluate() IORouter 检查开关是否准备好传输 flit ❌ ❌ ❌ ✅
SwitchUpdate() IORouter 实际完成 flit 的转发操作 ✅ ❌ ❌ ✅
OutputQueuing() IORouter 处理输出队列，准备发送 flits ✅ ❌ ❌ ✅
SendCredits() IORouter 向上游节点发送信用反馈 ✅ ❌ ❌ ✅
Display(ostream&) IORouter 显示路由器状态（调试用） ❌ ❌ ❌ ❌
GetUsedCredit(int o) const IORouter 获取某个输出端口已使用的信用数 ✅ ❌ ❌ ❌
GetUsedCreditVc(int o, int vc) const IORouter 获取某个输出端口特定 VC 的已使用信用数 ✅ ❌ ❌ ❌
GetBufferOccupancy(int i) const IORouter 获取某个输入缓冲区的占用情况 ✅ ❌ ❌ ❌
UsedCredits() IORouter 返回每个输出端口的已使用信用数 ✅ ❌ ❌ ❌
FreeCredits() IORouter 返回每个输出端口的剩余信用数 ✅ ❌ ❌ ❌
MaxCredits() IORouter 返回每个输出端口的最大信用数 ✅ ❌ ❌ ❌
UpdateNoQ(int input, int vc, Flit const *f) IQRouter 不使用 QoS 时更新统计数据（包括 hop count） ❌ ✅ ❌ ✅

🔍 重点功能分类说明

📡 1. 信道相关函数

这些函数负责读写输入输出通道（FlitChannel 和 CreditChannel）：

  • AddOutputChannel
  • ReadInputs
  • WriteOutputs
  • ReceiveFlits
  • ReceiveCredits
  • SendCredits

如果你要添加新的 channel，必须在构造路由器时通过 AddOutputChannel 添加，并确保其被正确连接。

🔄 2. 跳数（Hop Count）相关函数

跳数通常在 UpdateNoQ 中更新，该函数会在每次 flit 发送前被调用：

  • UpdateNoQ(...)

这个函数会检查 flit 的 hop count 并递增，用于统计网络延迟和路径长度。

⚖️ 3. 仲裁相关函数

这些函数负责在多个输入之间竞争同一个输出时进行仲裁：

  • SWAllocAddReg
  • SWAllocEvaluate
  • SWAllocUpdate

它们构成了开关仲裁的核心逻辑，通常使用 Round Robin 或其他策略实现。

🧭 4. 路由相关函数

这些函数负责决定 flit 应该发往哪个方向：

  • RouteEvaluate
  • RouteUpdate

路由函数（如 dim_order_route）在这里被调用。

🛠️ 如果你要添加新的 Channel：

步骤如下：

  1. 创建 FlitChannel 和 CreditChannel 对象

    • 在拓扑构建代码中为每个新连接创建两个对象（flit 和 credit）。

  2. 调用 AddOutputChannel(flit_chan, credit_chan)

    • 将它们添加到对应的路由器中。

  3. 确保在路由函数中支持新方向

    • 修改路由函数（如 route_func.cpp 中的函数），使其能处理新增的方向编号。

  4. 修改仲裁逻辑（如有必要）

    • 如果新增方向影响仲裁器（如 RoundRobinArb），需确保其能处理更多输入/输出。

  5. 在配置文件中设置拓扑和路由器类型

    • .cfg 文件中指定正确的拓扑结构和 router 类型。

✅ 总结建议

功能 建议位置
新增信道 使用 AddOutputChannel 添加
读取输入 ReadInputs, ReceiveFlits
输出处理 WriteOutputs, SwitchUpdate
路由计算 RouteEvaluate, RouteUpdate
仲裁处理 SWAllocEvaluate, SWAllocUpdate
跳数统计 UpdateNoQ
流控信用 SendCredits, ReceiveCredits

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