Метод и устройство управления маршрутизацией пакетов с коррекцией искаженных маршрутов в однокристальных матричных мультипроцессорах

• Автор: Сусин, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Архитектура однокристальных матричных мультипроцессоров

и коммутационные процессы в отказоустойчивых ОМП.

1.1. Особенности архитектуры ОМП

1.2. Коммутационные процессы в ОМП.

1.3. Дефекты, отказы и сбои в ОМП. Концепция отказоустойчивых мультипроцессоров.

1.4. Организация отказоустойчивой маршрутизации пакетов в ОМП

2. Организация управления маршрутизацией пакетов с коррекцией искаженных маршрутов в матричных ОМП
2.1. Принципы управления маршрутизацией пакетов с автоматической коррекцией искаженных маршрутов

2.2. Правила преобразования адресной части пакетов

при их маршрутизации
2.3. Распределнный алгоритм управления маршрутизацией пакетов.
2.3.1. Алгоритм обработки пакетов на уровне коммутационного модуля матричного ОМП
2.3.2. Расширенные алгоритмы выбора маршрутов
в коммутационных модулях.
3. Структурнофункциональная организация коммутационного устройства матричного ОМП с коррекцией искаженных маршрутов
3.1. Структурная организация коммутационного устройства
3.2. Функциональные схемы основных блоков коммутационного устройства.
3.3. Анализ функционирования разработанного устройства в составе
коммутационной среды матричного О МП
Выводы.
4. Исследование и сравнительная оценка разработанного метода
управления маршрутизацией и коммутационного устройства.
4.1. Оценка вероятности искажения маршрутов в коммутационной среде матричного ОМП.
4.1.1. Аналитическая оценка вероятности искажения маршрутов.
4.1.2. Имитационное моделирование коммутационной среды матричного ОМП.
4.2. Оценка аппаратной сложности и избыточности разработанного устройства управления маршрутизацией.
Заключение
Библиографический список
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Листинг проекта имитационного моделирования.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты внедрения результатов диссертации
Введение
Актуальность


В опубликованных в соавторстве работах по теме диссертации личный вклад соискателя сводится к следующему: в [, , ] разработана методика оценки характеристик коммутатора с отказоустойчивой маршрутизацией сообщений (пакетов), в [] предложен вариант формализованного описания коммутирующего элемента, в [] изложен подход к управлению маршрутизацией пакетов на уровне коммутациоиного узла, в [] описана методика построения проектов имитационного моделирования аппаратных средств, в [] разработан ряд классов, шаблонов и функций для моделирования коммутационных элементов ОМП. Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего наименований. Диссертация содержит 5 страниц текста (включая 2 приложения) и поясняется рисунками и таблицами. Области возможного использования. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при построении высоконадежных многопроцессорных систем с регулярной топологической структурой, включая системы на кристалле, а также крупномасштабные вычислительные системы такие, как мультико мпьютеры. Однокристальные мультипроцессоры являются одним из важнейших приложений технологии сверхбольших интегральных схем (СБИС). ОМП позволяют реализовать многие сложные и востребованные на современном рынке вычислительные системы (например, мобильные мультимедиа-системы, графические акселераторы), что стимулирует крупные инвестиции в развитие производства СБИС. Одна из целей применения ОМП - удовлетворение требований дальнейшей миниатюризации систем и снижения энергопотребления при одновременном уменьшении их стоимости. Ряд современных ОМП (так называемые неоднородные конфигурируемые мультипроцессоры) обладают способностью настройки на приложение таким образом, чтобы в максимальной степени улучшить соотношение «энергопотребление / производительность» и минимизировать стоимость решения []. ОМП - это не просто коллектив процессоров, интегрированный в масштабах одного чипа. Это целостная система, удовлетворяющая противоречивой комбинации ограничений по скорости вычислений (с соблюдением предельно малого времени реакции), энергопотреблению и стоимости []. При разработке ОМП зачастую приходится балансировать эти ограничения, подгоняя архитектуру системы под требования приложений: там где это необходимо, повышается вычислительная мощность; если требуется экономить энергопотребление и/или снижать стоимость, удаляются избыточные элементы []. Важными факторами производительности и стоимости ОМП являются архитектура и интенсивность использования общесистемной коммуникационной сети (КС). Многие существующие КС О МП базируются на классической архитектуре компьютерной системы с общей шиной, имеющей очевидные ограничения. Перспективные коммуникационные механизмы для NUMA-систем предлагается строить на основе концепции «сеть на кристалле» (Network on Chip, NoC) [, , , ]. Этот подход позволяет создавать более гибкие, программируемые и даже реконфигурируемые КС и легко адаптировать О МП к различным приложениям. Такие КС чаще всего имеют матричную (двумерную . СБИС-реализации. Типичным представителем матричных ОМП является NUMA-мульти-процессор TILE фирмы Tilera []. Его структурная организация показана на рис. Мультипроцессор содержит процессорных модуля (ПМ), объединенных матричной коммутационной средой iMesh с конфигурацией 8x8. Каждый ПМ представляет собой полнофункциональный процессор, включающий процессорный элемент (ПЭ), кэш-память первого и второго уровней и неблокирующий переключатель (коммуникационный элемент - КЭ) ;щя подключения к iMesh, и способен независимо функционировать под управлением отдельной операционной системы (ОС) или работать в конфигурации с другими модулями под управлением мультипроцессорной ОС наподобие SMP Linux. Кристалл имеет широкий набор интерфейсов с периферией и встроенных контроллеров. В частности, на нём имеется 4 контроллера синхронной динамической памяти DDR2, интерфейсы PCI Express (PCIE), Gigabit Ethernet (GbE), Gigabit Ethernet (XAUI), TWI, SPI, Flexible I/O. Информационный обмен вну три кристалла осуществляется пакетами в параллельном коде, поэтому на нём имеются преобразователи последовательного кода в параллельный и, наоборот, параллельного в последовательный (SerDcs).