Лежнев Евгений Владимирович

Моделирование и оценка ресурсных затрат алгоритмов маршрутизации в сетях на кристалле с двумерной циркулянтной топологией

2026 · ARTICLE · ru

В настоящей работе исследовано совместное конструирование топологий семейств оптимальных по диаметру циркулянтных сетей $C(N; \pm 1, \pm s_2)$ и реализуемых для них оптимальных алгоритмов маршрутизации сложности $O(1)$. Предлагаемый алгоритм маршрутизации основан на использовании масштабируемых параметров $L$-образных шаблонов плотной укладки графов на плоскости для семейств оптимальных сетей. Определены аналитические формулы зависимости этих параметров от диаметра графов семейств оптимальных сетей $C(N; \pm 1, \pm s_2)$, сокращающие сложность их расчёта до $O(1)$. Проведено сравнение предлагаемого алгоритма с известным алгоритмом маршрутизации, модификацией которого он является, по затратам времени на маршрутизацию в семействах оптимальных графов и показано уменьшение времени его исполнения в среднем в два раза. Выполнена реализация исследуемого алгоритма маршрутизации в качестве основы маршрутизатора сети на кристалле на языке описания аппаратуры Verilog. Получены данные сравнения его с другими алгоритмами маршрутизации по занимаемым логическим ресурсам и ресурсам памяти.

Reduction Method for a Network-on-Chip Low-Level Modeling

2025 · ARTICLE · en

This article explores the concept of low-level modeling of networks-on-chip (NoCs). A method for reducing the low-level NoC model by replacing the real IP blocks with a data packet generator module is proposed. This makes it possible to significantly increase the maximum number of nodes in the simulated NoC, as well as speed up the modeling and investigate the resource costs for network synthesis. A universal interface that can be used to connect new components to the network is also described. This interface has two main benefits: it reduces connection resource costs by eliminating the need to modify the connected component and shortens the time required to configure the connection interface itself. The proposed methodology of low-level NoC modeling is shown to be effective in analyzing the operation of routing algorithms of the NoC communication subsystem based on various topologies.

Разработка виртуальной инфраструктуры для удаленного доступа к лабораторному оборудованию

2025 в печати · ARTICLE · ru

Статья посвящена разработке инфраструктуры для удаленного доступа к лабораторному оборудованию с использованием средств виртуализации. Создана система, позволяющая удаленно взаимодействовать с платами ПЛИС и выполнять научные исследования и практические работы. Виртуализация лабораторных стендов, состоящих из ПК и подключенных к ним плат, позволяет централизовать управление оборудованием и уменьшить количество физических устройств, необходимых для организации работы и проведения экспериментов. Проведен анализ существующих решений, разработана архитектура удаленного доступа, реализованы методы виртуализации существующих стендов, организована сетевая инфраструктура для удаленного доступа к платам ПЛИС. В рамках апробации разработанной системы проведена косимуляция сетей на кристалле.

Electronic Computer-Aided Design for Low-Level Modeling of Networks-on-Chip

2024 · ARTICLE · en

This article proposes a Network-on-Chip (NoC) communication subsystem model on the basis of which the Electronic Computer-Aided Design (ECAD) architecture in the form of software is implemented. It makes it possible to automate the process of preparing and generating an HDL description of the NoC model in the Verilog language. It is shown that not in all cases it is required to model the entire NoC. Often, it is necessary to model its certain parts, such as a communication subsystem, routing algorithm, and traffic control system. The developed model allows modeling a parameterized NoC communication subsystem to obtain an estimate of the consumed logical blocks and registers required for prototyping the communication subsystem. All components of the communication subsystem are implemented as separate modules due to which the hardware costs for adding the necessary components for the study are reduced because of the absence of the need to completely rework the model program code every time. The effectiveness of using the developed ECAD and low-level modeling automation methods to study the work of routing algorithms for NoC topologies is demonstrated.

Ring-Split: Deadlock-Free Routing Algorithm for Circulant Networks-on-Chip

2023 · ARTICLE · en

This article considers the usage of circulant topologies as a promising deadlock-free topology for networks-on-chip (NoCs). A new high-level model, Newxim, for the exploration of NoCs with any topology is presented. Two methods for solving the problem of cyclic dependencies in circulant topologies, which limit their applications for NoCs due to the increased possibility of deadlocks, are proposed. The first method of dealing with deadlocks is universal and applicable to any topology; it is based on the idea of bypassing blocked sections of the network on an acyclic subnetwork. The second method—Ring-Split—takes into account the features of circulant topologies. The results of high-level modeling and comparison of the peak throughput of NoCs for circulant and mesh topologies using deadlock-free routing algorithms are presented. It was shown that a new approach for routing in circulants (compared to mesh topology) shows up to 59% better network throughput with a uniform distribution of network load.

Optimal Routing Algorithm in Dense Gaussian Networks-on-Chip

2022 · CHAPTER · en

Development of Automation System for HDL Modeling of the Communication Subsystem for Networks-on-Chip

2021 · CHAPTER · en

Adaptive Dynamic Shortest Path Search Algorithm in Networks-on-Chip Based on Circulant Topologies

2021 · ARTICLE · en

A new pair routing algorithm for transmitting messages in multiprocessor systems and networks-on-chip based on circulant networks of arbitrary dimension is proposed. It allows using all reserve shortest paths in the presence of destructive factors (deadlocks, livelocks, starvation, failures) at the nodes and channels of the communication network. A distinctive feature of the proposed algorithm is the absence of using the routing tables with fixed shortest paths when message is transmitted. It becomes possible to determine the set of the shortest paths for routing due to the relative addresses of destination nodes based on a parametric description of the network. Estimates of the number of reserve shortest paths are obtained, and an effective algorithm for using these paths to prevent dynamic topology changes and network congestions is proposed. To reduce the required memory in networks-on-chip with a circulant topology, we proposed a version of the routing algorithm for two-dimensional optimal circulants. We experimentally found the minimum number of reference nodes (nodes containing mapping tables) for them and estimates of memory for mapping tables, as well as the average path length for the routing algorithm using the reference nodes.

Автоматизация низкоуровневого моделирования сетей на кристалле

2021 · ARTICLE · ru

Процесс проектирования подсистемы связи сетей на кристалле является сложным и затратным по времени процессом, задачей которого является подбор оптимальных характеристик в заданном диапазоне значений. Низкоуровневое моделирование хоть и является долгим по сравнению с высокоуровневым, но только оно позволяет получить точные характеристики сети. Комплексное исследование, которое применяется в большинстве моделей сетей на кристалле зачастую является избыточным, т.к. за одну итерацию моделирования сети проверяется только один ее параметр. Предлагается низкоуровневая модель, которая позволяет проводить автоматизированное моделирование подсистемы связи, а также алгоритма маршрутизации для сетей на кристалле. Проведенные эксперименты на примере исследования циркулянтных топологий показали корректность и полезность такой модели для различных применений.

Development of routing algorithms in networks-on-chip based on two-dimensional optimal circulant topologies

2020 · ARTICLE · en

This work is devoted to the study of application of new topologies in the design of networks‑on‑chip (NoCs). It is proposed to use two‑dimensional optimal circulant topologies for NoC design, and it is developed an optimized routing algorithm with the decreased memory usage. The proposed routing algorithm was compared with Table routing, Clockwise routing, and Adaptive routing algorithms, previously developed for ring circulant topologies, and specialized routing algorithm for multiplicative circulants. The results of synthesis of routers implementing proposed routing algorithms are presented. The cost of ALM and register resources for the implementation of communication subsystems in NoCs with circulant topologies is estimated.