原创 NoC 在系统级服务中的作用

2020-10-29 15:20 535 9 4 分类: EDA/ IP/ 设计与制造

任何片上网络 (NoC) 互连的主要目标都是在满足或超出关键设计指标(PPA 等)的同时,尽可能高效地在芯片周围移动数据,并尽量减小对设计收敛的影响。这类网络已成为 SoC 的中枢神经系统,在系统级服务(例如服务质量 (QoS)、调试、性能分析、安全和网络安全)中发挥着日益重要的作用,因为这类片上互连能够传输并“看到”大多数(甚至全部)片上数据流。NoC 可以被视作 SoC 的“上帝之眼”,能够帮助用户进一步了解技术上的可能性。举例来说:

 

服务质量(QoS)

如今常见的高度异构 SoC 必须经常在很严格的约束下运行。例如,手机在视频显示与成像系统、CPU 或后台下载方面的需求差别很大。  又如,在无线局域网中以 5G 速度传输同等流量的众多数据流时,需求差别也很大。在这些示例中,系统架构设计人员必须通过复杂的算法精心管理服务质量 (QoS),以确保满足发送方和接收方之间的带宽和延迟要求,而这可能需要即时进行重新配置。例如,可能需要通过软件来更改控制寄存器和状态寄存器。对于配备唯一外部存储器(通常为 LPDDR  DDR)的系统,若想在满足所有应用要求的前提下将存储器带宽分配给所有请求方,QoS 的作用至关重要。

 

进行上述选择时,需要在硬件控制与软件控制的比重方面作出明确的权衡。您可以选择配置硬件功能,使用高优先级链路优先传输高优先级流量(而非低优先级流量)。或者调节带宽或速率,使其超出某些功能定义的范围。也可以选择使用基于Credit的流量控制等机制。这些选择可能对应用十分敏感,并且非常仰赖 NoC 的配置灵活性。

 

系统诊断和性能测量

由于 NoC 可以看到 SoC 周围传输的全部数据,因此从逻辑上说这里是进行集中诊断和性能测量的位置。由于NoC 生成器正在构建整个网络结构,因此您不希望在其中使用自己的探针。正确的方法是让生成器为您插入探针(可从一系列探针类型中进行选择)。探针可以检查正在传输的数据并收集带宽和延迟等指标。通过过滤数据包或事务属性,生成性能直方图、事件统计信息和跟踪轨迹。如果您已熟悉 CPU 中的跟踪、采样和性能计数器功能,则可以轻松上手 NoC 互连内置的观测和数据捕获功能。

 

这些功能不仅能够在设计期间提供明显助益,也可以在硬件中实施,用于监视运行过程。在这种情况下,探针可以连接到 AMBA CoreSight 等标准调试架构或转储到内部存储器中。

 

系统安全调解

安全是另一个重要领域,NoC 不仅要确保自身的逻辑符合 ISO 26262 标准,还必须予以证明。NoC 也是调解整体系统安全的核心资源。首先,出于实际情况考虑,只有少数 SoC 能够确保所有组件均可达到通用的 ASIL 安全级别。NoC 应可供配置,以便在需要时添加和检查奇偶校验或 ECC,配置和检查传输超时,甚至可以将某些NoC 单元配置为以 Lock-step 方式与副本一起工作。另外,如有需要,NoC 应该有能力检测甚至隔离异常的硬件功能,从而为复位/重新启动做准备。

 

最后一点对于必须符合 ASIL D 级别的芯片来说尤其重要,此时同样需要考虑到系统中混有的无需达到该级别的其他 IP。在这类芯片中,安全孤岛的概念变得非常流行。安全孤岛符合 ASIL D 认证,通过 NoC 监视整个设计的表现,NoC 需支持检测、隔离和其他所需功能。

 

系统网络安全

网络安全是另一个热门系统领域,可通过 NoC 进一步强化防御机制。在网络中,您可能会期望 NoC 有能力提供防火墙。最好的 NoC 确实可以!先进的 NoC 可以根据设计人员定义的一组测试来过滤流量,并根据设计人员定义的一套规则对系统做出响应。例如,这些防火墙可能安装在安全区与非安全区之间。防火墙经过编程,将会屏蔽或定位违反非安全区与安全区之间穿越规则的数据,然后对系统级别做出响应,指出存在的问题。当然,为了降低“模糊测试”的有效性,架构设计人员可能会选择不让防火墙对问题及采取的措施做出响应,从而降低黑客的辨别能力,使其无法确定系统是否知道自身遭到黑客入侵。此外,还需要使用强大的信任根或类似机制作为安全策略的核心。NoC 互连防火墙可以为符合行业标准的安全架构(例如 Arm  TrustZone 和平台安全架构(PSA) 框架)添加一层额外的防御层,打造真正的系统级纵深防御。

 

先进的 NoC 互连会提供无与伦比的片上数据流可见性,可用于改善 SoC QoS(进而提高性能)、安全性和网络安全性。Arteris IP 拥有丰富的 NoC IP 及相关产品,可在此领域提供出色的解决方案。 

作者: Kurt, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3893295.html

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火引冰薪 2020-10-31 10:02

终于理解了Noc,感谢技术分享
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