AMD 7nm Versal系列器件引入了可編程片上網(wǎng)絡(luò)（NoC, Network on Chip），這是一個硬化的、高帶寬、低延遲互連結(jié)構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)可編程邏輯（PL）、處理系統(tǒng)（PS）、AI引擎（AIE）、DDR控制器（DDRMC）、CPM（PCIe/CXL）等模塊之間的高效數(shù)據(jù)交換。

NoC的出現(xiàn)，替代了傳統(tǒng)PL內(nèi)部布線實(shí)現(xiàn)復(fù)雜總線互連的方式，通過專用硬化通道提升吞吐量、降低延遲、減少邏輯資源占用，并且能實(shí)現(xiàn)跨Die（SSIT封裝）的高速通信。

NoC架構(gòu)與特性

NoC包含以下主要組件：

NMU（NoC Master Unit）：將AXI請求轉(zhuǎn)換為NoC數(shù)據(jù)包（NPP），支持時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換與速率匹配；

NSU（NoC Slave Unit）：接收并解析NoC數(shù)據(jù)包（NPP），轉(zhuǎn)換為AXI協(xié)議；

NPS（NoC Packet Switch）：全雙工交換機(jī)，連接多個NoC節(jié)點(diǎn)；

NIDB（NoC Inter-Die Bridge）：跨Die的垂直NoC橋接模塊。

核心特性

水平（HNoC）與垂直（VNoC）通道：減少PL內(nèi)布線壓力，提高拓展能力；

AXI接口靈活配置：支持32位～512位AXI Mem位寬，以及128位～512位AXI4-Stream；

自動交錯訪問：跨多個DDR控制器分配請求，提升帶寬利用率；

QoS（服務(wù)質(zhì)量）：提供基于延遲/帶寬的優(yōu)先級控制；

跨Die通信：多Die設(shè)計(jì)中提供高效數(shù)據(jù)通道；

硬化路徑固定延遲：相比可編程互連，延遲更可預(yù)測，利于實(shí)時(shí)應(yīng)用。

此文結(jié)合Vivado工程，快速熟悉NoC的使用

Vivado中的NoC使用步驟：

新建工程 & BD→添加Versal NoC IP

配置AXI\_Slave（NMU）與AXI\_Master（NSU）

連接DDR控制器、CPM、AI Engine等模塊

在NoC Compiler中查看拓?fù)?，配置QoS、帶寬、路由路徑

必要時(shí)在XDC中固定NMU/NSU位置以減少路徑延遲

分析帶寬與延遲，迭代優(yōu)化

可以看到界面中有AXI_Slave與AXI_Master兩種接口，分別對應(yīng)NMU與NSU。

NoC內(nèi)部的組件

1、NoC Master Unit (NMU)

NMU的作用是將AXI協(xié)議轉(zhuǎn)換為NoC數(shù)據(jù)包協(xié)議（NPP），同時(shí)，NMU還支持AXI端口和NoC之間的異步時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換與速率匹配。

下圖為Vivado工程中NMU的示例：

NMU內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

當(dāng)AXI請求進(jìn)入NMU時(shí)鐘域時(shí)，將執(zhí)行數(shù)據(jù)分組，讀寫事務(wù)被分解為更小的傳輸（此過程稱為chopping）。

NPP寫入的最大大小為256字節(jié)。超過256字節(jié)的AXI寫入可以跨越多個NPP寫入。De-Packetizing&Packetizing會將粒度大于或等于256字節(jié)的事務(wù)切分為256字節(jié)的傳輸。例如，一個從0x0開始的1K傳輸事務(wù)將分為4 packet進(jìn)行傳輸:0-255、256-511、512-767、768-1023。

Re-tagging模塊在讀取時(shí)重新標(biāo)記以允許無序傳輸并防止互連阻塞。

在對外的AXI接口上支持配置32位～512位，在AXI4-Stream上支持從128位～512位的可配置數(shù)據(jù)寬度接口。AXI數(shù)據(jù)寬度通過參數(shù)傳播從連接的IP，無需手動指定位寬。

2、NoC Slave Unit (NSU)

NSU的主要功能是接收和響應(yīng)來自NoC的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包尋址到NSU數(shù)據(jù)包接口，旨在發(fā)送到對應(yīng)的AXI端口。

3、NoC Packet Switch (NPS)

連接NoC塊以形成完整NoC網(wǎng)絡(luò)交換。每個NPS都是全雙工4x4 Switch，通過Switch至少有兩個延遲周期。

NSU512(PL) NSU512（PL）

4、NoC Inter-Die Bridge (NIDB)

在多個SSIT芯片之間橋接垂直NoC（VNoC）。

Quality of Service（QoS）

Traffic Class與Read and Write Bandwidth

1、流量類別（Traffic Class）

定義了連接上的流量在NoC編譯器和硬件中的優(yōu)先級。流量類在NMU上設(shè)置，適用于從該NMU開始的所有路徑。Traffic Class支持如下3種模式：

Low Latency：盡量減少結(jié)構(gòu)延遲，DDR仲裁中優(yōu)先級最高；

Isochronous：保證最大延遲；DDR隊(duì)列中設(shè)定超時(shí)提前處理；

Best Effort：最低優(yōu)先級，適合非關(guān)鍵流量。

2、帶寬需求（Bandwidth Requirement）

單獨(dú)設(shè)置讀/寫帶寬（單位MB/s或Gb/s）；

Vivado NoC Compiler會基于此進(jìn)行資源分配與仲裁優(yōu)化。

性能優(yōu)化建議

關(guān)鍵流量優(yōu)先保障：通過QoS將低延遲或同步流量優(yōu)先級調(diào)高；

減少跨交換機(jī)跳數(shù)：布局時(shí)盡量縮短N(yùn)MU→NSU的路徑；

合理位寬分配：帶寬與功耗需權(quán)衡，避免過度配置浪費(fèi)資源；

多Die優(yōu)化：跨Die數(shù)據(jù)盡量走專用VNoC通道，減少延遲；

路徑可視化：在NoC Compiler拓?fù)鋱D中檢查關(guān)鍵路徑是否經(jīng)過不必要的節(jié)點(diǎn)。

在Vivado BD的NoC界面，可以看到DDRNMUNSUNPSQoS等。

點(diǎn)擊如下QoS選擇卡中的條目，可以看到此路徑下的NoC拓?fù)洹?/p>

關(guān)于安富利

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