总线互联noc/nic400/designWare fabric

目录

一.业界常用的3种总线interconnect IP

1.synopsys的designWare

2.ARM的NIC-400

3.NoC

3.1 NIC/NOC/CCI的简单比较

3.2 noc首先在消费性电子晶片市场获得初步成功

二.互联结构

1.共享总线 即 BUS结构

2.CrossBar

3.noc

4.peer to peer

3疑问

DesignWare IP Solutions for AMBA - Infrastructure & Fabric

        在这种情况下，设计者使用AMBA的各种DW组件(Fabric)来自行搭建互联结构。这样在简单系统还可以，复杂SOC很容易出问题。

        另外Synopsys也提供了自动集成的工具 coreAssembler。该工具或许可以向NOC那样直接生成总线互联结构(暂时没有使用过，猜测)。

        The CoreLink NIC-400 Network Interconnect is highly configurable and enables you to create a complete high performance, optimized, and AMBA-compliant network infrastructure. There are many possible configurations for the CoreLink NIC-400 Network Interconnect. They can range from a single bridge component, for example an AHB to AXI protocol conversion bridge, to a complex interconnect that consists of up to 128 masters and 64 slaves of AMBA protocols.

        可参考ARM® CoreLink™ NIC-400 Network Interconnect Technical Reference Manualhttp://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0475g/index.html

        NIC是crossBar结构的总线互联，一般用在主从设备较少的情况下，这种情况下NIC的效率很高，在1到2个时钟周期数据就能到达从设备。所以常看到NIC被用在子系统内部互联多个apb的slave

        ARM总线产品还有CCI(CrossBar)，CCN(Ring)，NOC(Mesh)三类。可参考：

NOC总线架构拓扑介绍（转载） - 知乎弄清了访存的路径，可能就会想到一个问题：处理器发出去的读写请求到底是个什么东西？要想搞清楚它，就需要引入总线。下文我拿ARM的AXI/ACE总线协议以及由它衍生的总线结构来展开讨论。这两个协议广泛用于主流的手…https://zhuanlan.zhihu.com/p/93409326

参考Intel和Facebook 都看好的技术：NoC神奇在哪里？

        日前，互联网巨头Facebook宣布了收购片上网络（network-on-chip，NoC）IP提供商Sonics，据悉Facebook会将Sonics的NoC技术应用在其AR/VR相关的应用中。除了Sonics之外，去年Intel也收购了另一家NoC IP提供商Netspeed，以至于目前在NoC领域，Arteris成为了唯一的独立IP供应商。

        Facebook、Intel等巨头收购NoC IP供应商，首先说明了NoC在今天SoC架构中的重要性。如前所述，目前SoC架构中，异构计算正在成为主流架构。“异构计算”至少包含“异构”和“计算”两个方面，“异构”意味着 SoC中不同IP的数量越来越多，而“计算”则意味着每个IP都会需要大量的数据以及相应的带宽以完成相应任务。当把多个IP以计算为目的组成异构计算的芯片时，片上互联往往会成为性能的瓶颈，因此NoC这样的先进片上互联架构正好能帮助异构计算架构的芯片解决互联瓶颈。

        NIC crossbar 结构，特点是全互联switch,容量高，latency低，并发性好。缺点是可扩展性差，适用于输入输出数目比较小的情况。

        NOC是类似路由的一种结构，特点是可扩展性好，缺点是并行性差，结构复杂，需要路由协议。适用于连接非常多个处理单元的情况。  

        NIU准确的定义应该是BIU，也就 bus interface unit.用于连接网络节点和处理单元， NIU/BIU不是必须的，如果两种协议一致，就不需要这个了。

        CCI是保证多核处理单元之间cache 内容一致性的互联结构。

以下摘自NoC势力版图扩张SoC IP全面互联更Easy

以CoreLink NIC-400为例，为了让所有晶片商方便使用，该方案的运作即是采用AXI介面(Advanced eXtensible Interface)以让每个IP都可彼此互联，但事实上，并非每个IP都有连结到所有IP的必要性，这种方式往往造成晶片内有过多不必要的通讯渠道，反而让布线更为拥塞。以CoreLink NIC-400的128位元AXI汇流排架构为例，其晶片内布线平均数量更高达二百九十个，反而无法实际有效解决问题。

Shuler分析，在这样的背景之下，专门用来建立IP互联架构的NoC势力渐渐崛起，并率先在消费性电子晶片市场获得初步成功；不过，在诸如工厂自动化、汽车工业、国防航太、机械、医疗产品等领域，NoC业者则尚未能成功进入这些市场，原因在于这些领域通常拥有较严苛的产业标准，如汽车领域的ISO 26262、医疗领域的IEC 60601、航太业的RTCA/DO -178B、工厂自动化应用的EN 62601、机械设计的ISO 13849等规范，因此有意跨足的晶片商、IP业者、系统厂都须花费一翻工夫，NoC业者亦然。

事实上，在NoC方案进军这些市场之前，业者仅能针对自己的晶片开发自有的IP互联架构。不过，近来Arteris已成功开发出新一代NoC互联方案--FlexNoC Resilience Package，以满足医疗、汽车、国防航太、工厂自动化等应用市场的需要，扩大NoC业者的势力版图。

Shuler表示，采用新一代NoC互联架构，能帮助SoC业者降低晶片开发成本，并快速达到各项严苛的产业标准，让NoC全面渗透各项产业，加速所有SoC IP互联时代的来临。据了解，Arteris的FlexNoC Resilience Package方案，目前已经得到工业型晶片商Mobileye、Altera、德州仪器(TI)和瑞萨电子(Renesas Electronics)的支持，并率先用于先进驾驶辅助系统(ADAS)、嵌入式FPGA SoC等设计。

以下摘自片上网络NoC为何还没有得到实际应用 回答者young cc来源：知乎  

Bus是最简单的互联，适合small system,当connected nodes太多时，若多个node同时通信，很容易产生contention，bandwidth 太小。所以Bus只适合小系统，一般十个以下的互联设备。

crossbar也是一种常用互联机制，每个node能与其他node直接互联，所以low latency and high throughput.,但 not scalable(可扩展性差), 复杂度是。所以Crossbar适合不太大的系统，一般用于几个到十几个connected nodes 的系统。

当前多核系统最流行的是Mesh结构。

NoC的诱人之处是可以支持各种扩展功能：

如decouple各模块；deadlock free(利用routing algorithm, 使用多个virtual channel, circuit switching)； flow control(使用credits)； QoS(强力推荐TDM NoC，相比priority scheduling能提供hard guarantees)； fault tolerance/resilience，容错机制(利用topology, additional mechanism)；congestion management； GALS(全局异步局部同步，这点在多核系统中很重要，所有router可以是同步，但是每个router所连接的processing element与router异步，自成一个clock domain，这样可以动态调整每个模块的频率电压到合适值)；等等。

 Mesh(网格型互联结构)用在了Tilera(做多核处理器闻名)公司的100核处理器芯片TILE-GX100。且mesh是很多片上互联结构的原型。

下图截自 凌明等编著的《嵌入式系统-从SOC芯片到系统》一书

synopsys的dw_AXI到底是peer-to-peer还是crossBar？两则何区别？