《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于自適應(yīng)優(yōu)化的高速交叉矩陣設(shè)計(jì)
電子技術(shù)應(yīng)用
高研，華源源，劉家熊，嚴(yán)偉
北京大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院
摘要： 提出了一種基于自適應(yīng)優(yōu)化的交叉矩陣傳輸設(shè)計(jì)，采用AHB協(xié)議并引入自適應(yīng)突發(fā)傳輸調(diào)整和自適應(yīng)優(yōu)先級(jí)調(diào)整的創(chuàng)新機(jī)制。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整突發(fā)傳輸?shù)拈L度和優(yōu)先級(jí)分配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)流的有效管理，提升了系統(tǒng)的帶寬利用率和傳輸效率。對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行前端仿真和后端布局布線，仿真驗(yàn)證了該方法在不同負(fù)載環(huán)境下的優(yōu)越性，能夠優(yōu)化總線資源分配，提升傳輸速度，降低總體功耗。
中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245812
中文引用格式： 高研，華源源，劉家熊，等. 基于自適應(yīng)優(yōu)化的高速交叉矩陣設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(12)：31-35.
英文引用格式： Gao Yan，Hua Yuanyuan，Liu Jiaxiong，et al. Design of high-speed crossbar matrix based on adaptive optimization[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(12)：31-35.
Design of high-speed crossbar matrix based on adaptive optimization
Gao Yan，Hua Yuanyuan，Liu Jiaxiong，Yan Wei
School of Software and Microelectronics， Peking University
Abstract： This study proposes a crossbar matrix transmission design based on adaptive optimization, employing the Advanced High-performance Bus (AHB) protocol. It introduces innovative mechanisms for adaptive burst transmission adjustment and adaptive priority adjustment. By dynamically adjusting burst transmission length and priority allocation, efficient data flow management is achieved, improving bandwidth utilization and transmission efficiency. Front-end simulation and back-end layout routing were conducted to validate the design. Simulations confirm the method’s superiority under different load conditions, optimizing bus resource allocation, increasing transmission speed, and reducing overall power consumption.
Key words : adaptive optimization；AHB；crossbar matrix；dynamic adjustment

引言

隨著數(shù)據(jù)傳輸需求的不斷增長，如何在多任務(wù)、高負(fù)載的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的通信成為了一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。總線的基本作用是實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的通信[1]?，F(xiàn)有的總線協(xié)議，如先進(jìn)高性能總線 （Advanced High-performance Bus,AHB） 協(xié)議，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)和片上系統(tǒng)中[2]，適用于時(shí)鐘頻率和性能較高的系統(tǒng)。然而在面對(duì)多任務(wù)并發(fā)和復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，傳統(tǒng)的傳輸設(shè)計(jì)在帶寬利用率和資源分配上存在瓶頸。為了解決這些問題，近年來，研究者們提出了多種基于優(yōu)先級(jí)控制、傳輸調(diào)度和帶寬分配優(yōu)化的改進(jìn)方案，旨在提升系統(tǒng)的整體性能。

傳統(tǒng)AHB傳輸協(xié)議只具有一條總線，當(dāng)多個(gè)主設(shè)備爭奪總線時(shí)，只有一個(gè)主設(shè)備能夠控制總線，其他主設(shè)備必須等待，可能會(huì)引發(fā)較長的等待時(shí)間，尤其在高負(fù)載情況下，總線爭用問題更加明顯。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的學(xué)者們提出了許多基于AHB協(xié)議的交叉矩陣設(shè)計(jì)，吳斌等人實(shí)現(xiàn)了AHB Matrix互連總線IP（Intellectual Property）的設(shè)計(jì)[3]，Hwang等提出了在多層AHB總線基礎(chǔ)上的自激勵(lì)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)[4]，林楠等人對(duì)AHB總線矩陣進(jìn)行RTL行為級(jí)描述[5]，雖能一定程度降低總線訪問延遲，增加數(shù)據(jù)吞吐量，但是在動(dòng)態(tài)突發(fā)傳輸方面，均沒有定義。

基于此，本文提出了一種基于自適應(yīng)優(yōu)化的交叉矩陣設(shè)計(jì)，通過采用AHB協(xié)議并引入自適應(yīng)突發(fā)傳輸調(diào)整和自適應(yīng)優(yōu)先級(jí)調(diào)整的創(chuàng)新機(jī)制，旨在實(shí)現(xiàn)傳輸策略的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于在AHB交叉矩陣互連的基礎(chǔ)上通過實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)，提升總線資源的利用率，降低傳輸延遲，優(yōu)化系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)在高負(fù)載條件下能夠提高帶寬利用率和傳輸效率，展示了設(shè)計(jì)的適應(yīng)性和靈活性。


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作者信息：

高研，華源源，劉家熊，嚴(yán)偉

（北京大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，北京 102600）


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