【導讀】在片上系統(tǒng) (SoC) 設備領域，架構師在配置處理器子系統(tǒng)時會遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構的但偶爾是同構的多集群。
在片上系統(tǒng) (SoC) 設備領域，架構師在配置處理器子系統(tǒng)時會遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構的但偶爾是同構的多集群。
近的趨勢是廣泛采用 RISC-V 內(nèi)核，這些內(nèi)核基于開放標準 RISC-V 指令集架構 (ISA) 構建。該系統(tǒng)可通過免版稅的開源許可證獲得。
在這里，利用片上網(wǎng)絡 (NoC) 技術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)核或集群與來自多個供應商的知識產(chǎn)權 (IP) 塊之間的無縫連接。
使用 NoC 互連 IP 具有多種優(yōu)勢。NoC 可以擴展到整個設備，每個 IP 都有一個或多個跨越整個 SoC 的接口。這些接口具有自己的數(shù)據(jù)寬度，以不同的時鐘頻率運行，并利用 SoC 設計人員常用的 OCP、APB、AHB、AXI、STBus 和 DTL 等多種協(xié)議。這些接口中的每一個都鏈接到相應的網(wǎng)絡接口單元（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)絡傳輸?shù)臉藴驶袷健６鄠€數(shù)據(jù)包可以同時傳輸。到達目的地后，關聯(lián)的套接字會在將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給相關 IP 之前通過反序列化和撤消打包來執(zhí)行相反的操作。此過程是根據(jù)鏈接到該特定 IP 的協(xié)議和接口規(guī)范來完成的。
IP 塊的簡單說明可以可視化為實體邏輯塊。此外，SoC 通常使用單個 NoC。圖 1展示了基本的 NoC 配置。
圖 1非常簡單的 NoC 表示顯示了基本設計配置。動脈
NoC本身可以使用多種拓撲來實現(xiàn)，包括1D星形、1D環(huán)形、1D樹形、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 拓撲。動脈
一些 SoC 設計團隊可能希望開發(fā)自己專有的 NoC，這是一個資源和時間密集型的過程。這種方法需要由多名工程師組成的團隊工作兩年或更長時間。使事情變得更具挑戰(zhàn)性的是，設計人員通常投入與整個設計的其余部分幾乎一樣多的時間來調(diào)試和驗證內(nèi)部開發(fā)的 NoC。
隨著設計周期的縮短和收入壓力的增加，SoC 開發(fā)團隊正在考慮商用 NoC IP。該 IP 支持內(nèi)部開發(fā)的 NoC IP 所需的定制，但也可以從第三方供應商處獲得。
SoC 復雜性不斷增長的另一個挑戰(zhàn)是在單個設備中使用多個 NoC 和各種 NoC 拓撲（圖 3）。例如，芯片的一個部分可能采用分層樹形拓撲，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。動脈
在許多情況下，當今 SoC 中的 IP 模塊相當于幾年前的整個 SoC，使其成為子系統(tǒng)。因此，這些子系統(tǒng)塊的創(chuàng)建者通常會選擇采用第三方供應商提供的行業(yè)標準 NoC IP。
在需要高水平可定制性以及計算和數(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)絡加速器，IP 開發(fā)團隊可能會選擇傳輸機制的自定義實現(xiàn)。或者，他們可能決定利用一種較少采用的、高度化的協(xié)議來實現(xiàn)他們的設計目標。
RISC-V 和 NoC集成
對于獨立的 RISC-V 處理器內(nèi)核，這些 IP 可為不需要一致性的設計人員提供 AXI 接口，為需要一致性的設計人員提供 CHI 接口。這使得這些內(nèi)核能夠在 SoC 級別與行業(yè)標準 NoC 進行即插即用。
同樣，如果設計團隊在 RISC-V 設計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。除了在 IP 和 SoC 中使用之外，這些 NoC 還可以在多芯片系統(tǒng)中充當超級 NoC。
RISC-V 處理器中的 NoC IP
業(yè)界正在經(jīng)歷以基于開放標準 RISC-V 指令集架構的處理器內(nèi)核和集群為特色的 SoC 設計的急劇增長。
通過利用 NoC 技術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)）的開發(fā)和采用。這使得 RISC-V 處理器內(nèi)核或集群與多個供應商提供的 IP 功能塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速、無縫和高效的連接。
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