【導(dǎo)讀】在片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)備領(lǐng)域，架構(gòu)師在配置處理器子系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構(gòu)的但偶爾是同構(gòu)的多集群。
在片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)備領(lǐng)域，架構(gòu)師在配置處理器子系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構(gòu)的但偶爾是同構(gòu)的多集群。
近的趨勢(shì)是廣泛采用 RISC-V 內(nèi)核，這些內(nèi)核基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn) RISC-V 指令集架構(gòu) (ISA) 構(gòu)建。該系統(tǒng)可通過(guò)免版稅的開(kāi)源許可證獲得。
在這里，利用片上網(wǎng)絡(luò) (NoC) 技術(shù)的即插即用功能已成為加速基于 RISC-V 的系統(tǒng)集成的有效策略。這種方法有利于處理器內(nèi)核或集群與來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 塊之間的無(wú)縫連接。
使用 NoC 互連 IP 具有多種優(yōu)勢(shì)。NoC 可以擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)備，每個(gè) IP 都有一個(gè)或多個(gè)跨越整個(gè) SoC 的接口。這些接口具有自己的數(shù)據(jù)寬度，以不同的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，并利用 SoC 設(shè)計(jì)人員常用的 OCP、APB、AHB、AXI、STBus 和 DTL 等多種協(xié)議。這些接口中的每一個(gè)都鏈接到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU），也稱為套接字。
NIU 的作用是從傳輸 IP 接收數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)組織并序列化為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化格式。多個(gè)數(shù)據(jù)包可以同時(shí)傳輸。到達(dá)目的地后，關(guān)聯(lián)的套接字會(huì)在將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給相關(guān) IP 之前通過(guò)反序列化和撤消打包來(lái)執(zhí)行相反的操作。此過(guò)程是根據(jù)鏈接到該特定 IP 的協(xié)議和接口規(guī)范來(lái)完成的。
IP 塊的簡(jiǎn)單說(shuō)明可以可視化為實(shí)體邏輯塊。此外，SoC 通常使用單個(gè) NoC。圖 1展示了基本的 NoC 配置。
圖 1非常簡(jiǎn)單的 NoC 表示顯示了基本設(shè)計(jì)配置。動(dòng)脈
NoC本身可以使用多種拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)，包括1D星形、1D環(huán)形、1D樹(shù)形、2D網(wǎng)狀、2D環(huán)面和全網(wǎng)狀，如圖2所示。
圖 2上述示例顯示了各種 NoC 拓?fù)?。?dòng)脈
一些 SoC 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能希望開(kāi)發(fā)自己專有的 NoC，這是一個(gè)資源和時(shí)間密集型的過(guò)程。這種方法需要由多名工程師組成的團(tuán)隊(duì)工作兩年或更長(zhǎng)時(shí)間。使事情變得更具挑戰(zhàn)性的是，設(shè)計(jì)人員通常投入與整個(gè)設(shè)計(jì)的其余部分幾乎一樣多的時(shí)間來(lái)調(diào)試和驗(yàn)證內(nèi)部開(kāi)發(fā)的 NoC。
隨著設(shè)計(jì)周期的縮短和收入壓力的增加，SoC 開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)正在考慮商用 NoC IP。該 IP 支持內(nèi)部開(kāi)發(fā)的 NoC IP 所需的定制，但也可以從第三方供應(yīng)商處獲得。
SoC 復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是在單個(gè)設(shè)備中使用多個(gè) NoC 和各種 NoC 拓?fù)洌▓D 3）。例如，芯片的一個(gè)部分可能采用分層樹(shù)形拓?fù)?，而另一部分可能選擇 2D 網(wǎng)格配置。
圖 3該圖突出顯示了具有內(nèi)部 NoC 的子系統(tǒng)塊。動(dòng)脈
在許多情況下，當(dāng)今 SoC 中的 IP 模塊相當(dāng)于幾年前的整個(gè) SoC，使其成為子系統(tǒng)。因此，這些子系統(tǒng)塊的創(chuàng)建者通常會(huì)選擇采用第三方供應(yīng)商提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NoC IP。
在需要高水平可定制性以及計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)同優(yōu)化的情況下，例如處理器集群或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，IP 開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)可能會(huì)選擇傳輸機(jī)制的自定義實(shí)現(xiàn)?；蛘?，他們可能決定利用一種較少采用的、高度化的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
RISC-V 和 NoC集成
對(duì)于獨(dú)立的 RISC-V 處理器內(nèi)核，這些 IP 可為不需要一致性的設(shè)計(jì)人員提供 AXI 接口，為需要一致性的設(shè)計(jì)人員提供 CHI 接口。這使得這些內(nèi)核能夠在 SoC 級(jí)別與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NoC 進(jìn)行即插即用。
同樣，如果設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在 RISC-V 設(shè)計(jì)中選擇一種不太常用的集群間通信協(xié)議，則該集群還可以具有面向外部連接的 ACE、AXI 或 CHI 接口。此方法允許快速連接到 SoC 的 NoC。
下面的圖 4顯示了非一致性和緩存一致性選項(xiàng)。除了在 IP 和 SoC 中使用之外，這些 NoC 還可以在多芯片系統(tǒng)中充當(dāng)超級(jí) NoC。
RISC-V 處理器中的 NoC IP
業(yè)界正在經(jīng)歷以基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn) RISC-V 指令集架構(gòu)的處理器內(nèi)核和集群為特色的 SoC 設(shè)計(jì)的急劇增長(zhǎng)。
通過(guò)利用 NoC 技術(shù)提供的即插即用功能，可以加速基于 RISC-V 的系統(tǒng)（包括多芯片系統(tǒng)）的開(kāi)發(fā)和采用。這使得 RISC-V 處理器內(nèi)核或集群與多個(gè)供應(yīng)商提供的 IP 功能塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速、無(wú)縫和高效的連接。
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