《電子技術應用》
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基于自適應優(yōu)化的高速交叉矩陣設計
電子技術應用
高研，華源源，劉家熊，嚴偉
北京大學 軟件與微電子學院
摘要： 提出了一種基于自適應優(yōu)化的交叉矩陣傳輸設計，采用AHB協(xié)議并引入自適應突發(fā)傳輸調整和自適應優(yōu)先級調整的創(chuàng)新機制。通過動態(tài)調整突發(fā)傳輸?shù)拈L度和優(yōu)先級分配，實現(xiàn)了對數(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。對該設計進行前端仿真和后端布局布線，仿真驗證了該方法在不同負載環(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：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245812
中文引用格式： 高研，華源源，劉家熊，等. 基于自適應優(yōu)化的高速交叉矩陣設計[J]. 電子技術應用，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、高負載的環(huán)境下實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的通信成為了一項關鍵挑戰(zhàn)?？偩€的基本作用是實現(xiàn)內部的通信[1]?，F(xiàn)有的總線協(xié)議，如先進高性能總線 （Advanced High-performance Bus,AHB） 協(xié)議，廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)和片上系統(tǒng)中[2]，適用于時鐘頻率和性能較高的系統(tǒng)。然而在面對多任務并發(fā)和復雜數(shù)據(jù)傳輸時，傳統(tǒng)的傳輸設計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)先級控制、傳輸調度和帶寬分配優(yōu)化的改進方案，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，當多個主設備爭奪總線時，只有一個主設備能夠控制總線，其他主設備必須等待，可能會引發(fā)較長的等待時間，尤其在高負載情況下，總線爭用問題更加明顯。在此基礎上，國內外的學者們提出了許多基于AHB協(xié)議的交叉矩陣設計，吳斌等人實現(xiàn)了AHB Matrix互連總線IP（Intellectual Property）的設計[3]，Hwang等提出了在多層AHB總線基礎上的自激勵優(yōu)先級設計[4]，林楠等人對AHB總線矩陣進行RTL行為級描述[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優(yōu)化的交叉矩陣設計，通過采用AHB協(xié)議并引入自適應突發(fā)傳輸調整和自適應優(yōu)先級調整的創(chuàng)新機制，旨在實現(xiàn)傳輸策略的動態(tài)優(yōu)化。本文的創(chuàng)新點在于在AHB交叉矩陣互連的基礎上通過實時調整數(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。仿真結果表明，該設計在高負載條件下能夠提高帶寬利用率和傳輸效率，展示了設計的適應性和靈活性。


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作者信息：

高研，華源源，劉家熊，嚴偉

（北京大學 軟件與微電子學院，北京 102600）


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