CN106936736B - 基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，主要解决现有光片上网络中网络结构交叉损耗大、通信时延开销较大的问题。该结构包括光路由器、光波导和知识产权IP核，每个六端口光路由器分别连接两个知识产权IP核和四根光波导，光波导根据所连路由器端口位置分别刻蚀在上下两层硅衬底上。其通信方法是：在可扩展光片上网络中建立坐标系；确定信号的传输路径；配置传输路径上的光路由器端口；发送光信号；接收并处理光信号。本发明有效优化了光片上网络结构布局，提高了光片上网络的扩展性能和通信效率。

Description

基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及光片上网络(Optical Network-on-Chip,ONoC)中多核节点互连技术领域中的一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法。本发明基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，用于搭建芯片上知识产权(Intellectual Property，IP)核互连网络，实现IP核间信息传输，提高片上网络通信效率。

背景技术

相比于传统的片上电互连方式，通过光信号实现通信的光互连具有更高的带宽密度、更小的通信时延、更低的系统功耗和较小的网络串扰等优势。近年来，硅基光器件技术的不断进步推动了光片上网络的产生和迅速发展。但由于光存储无法有效集成，同时光逻辑处理技术尚不成熟，因此需对通信资源进行预调配，光片上网络通常采用光电路交换机制实现IP核之间的通信。

西安电子科技大学在其拥有的专利技术“无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法”(申请日：2012年7月17日，申请号：CN 201210245590.5，授权公告号:102780936B)中公开了一种无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法，主要解决现有光片上网络存在的阻塞问题。该系统包括光传输网络和电控制网络，光传输网络中的各节点包括IP核、发送单元、接收单元和光交换单元，各发送单元的发送波长固定，光交换单元由光垂直开关构成，各接收单元的内部结构相同。但是，该系统存在的不足之处是：光交换单元中波导的布局不够优化，导致光片上网络交叉损耗较大、扩展能力有限，应用价值低。

复旦大学在其申请的专利文献“一种基于Mesh拓扑结构的片上网络通信方法”(申请日：2013年6月18日，申请号：CN201310242869.2，公开号：106254254A)中公开了一种基于Mesh拓扑结构的片上网络通信方法。该方法主要用以提高光片上网络数据的传输效率，包括由主核按照一定的路由算法分别向各个子核由近及远传播数据，其片上网络通信采用包交换的数据传输方式。但是，该方法仍然存在的不足之处是：随着基于Mesh结构的集成规模扩大，网络直径增大，通信平均跳数增多，运用该通信方法由近及远传输的时延开销较大。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“三维光片上网络的通信方法”(申请日：2016年4月22日，申请号：201610255814.9，公开号：CN 105959239A)中公开了一种基于微环谐振器的光交换单元，主要解决现有三维光片上网络中通信链路利用率低下、单一节点阻塞影响其他节点通信、通信时延大和网络吞吐量低的问题。该方法在资源预约分组在中间节点被阻塞时，根据网络实时情况对该资源预约分组进行重传，并在进行资源预约分组重传过程中对资源预约分组重传的条件进行优化。但是，该方法存在的不足之处是：通过重传机制解决阻塞问题，网络灵活程度低，并且该方法忽略针对特定应用的网络通信。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术不足，提出一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，减少网络中波导交叉，降低片上网络通信损耗，提高了光片上网络的扩展性能和通信效率。

本发明的具体思路是：交替排布的两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器连接知识产权IP核和光波导，通过光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀，减少网络中交叉损耗。通过源知识产权IP核与目的知识产权IP核的横、纵坐标，确定光信号的传输路径。提高光片上网络通信效率。

为实现上述目的，本发明包括一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法。

基于双层布局的可扩展光片上网络结构包括上下两层硅衬底以及刻蚀在上下两层硅衬底上的2N²个六端口光路由器、4N²根光波导、通过六端口光路由器和光波导连接的4N²个知识产权IP核，其中N是大于等于3的正整数。

2N²个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发。

4N²根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀，每根光波导连接两个六端口光路由器，实现网络中光信号的传输。

4N²个知识产权IP核，实现网络中光信号的处理。

基于双层布局的可扩展光片上网络通信方法，利用双层布局的可扩展光片上网络结构对光信号进行传输，完成知识产权IP核之间的通信，具体步骤包括如下：

(1)在可扩展光片上网络中建立坐标系：

(1a)以可扩展光片上网络中的水平对称轴向右为正方向，以竖直对称轴向上为正方向，建立平面直角坐标系。

(1b)以可扩展光片上网络中相邻光路由器的中心间隔为单位长度，依次确定每个光路由器的坐标值，每个知识产权IP核的坐标值和与其相连的光路由器坐标值相同。

(2)确定信号的传输路径：

通过分别对比源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标、源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标，分别计算源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标乘积值、源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标乘积值、坐标权值，判断源知识产权IP核与目的知识产权IP核的相对位置，确定信号的传输路径；

(3)配置传输路径上的光路由器端口：

(3a)源知识产权IP核发送控制信号。

(3b)控制信号沿所确定的信号传输路径，向目的知识产权IP核传输。

(3c)控制信号配置传输路径上的光路由器端口。

(3d)目的知识产权IP核在接收到控制信号后产生并发送应答信号，应答信号沿传输路径返回源知识产权IP核。

(4)发送光信号：

源知识产权IP核在接收到应答信号后产生并发送光信号，光信号沿传输路径向目的知识产权IP核传输。

(5)接收光信号：

(5a)目的知识产权IP核接收光信号。

(5b)目的知识产权IP核产生并发送收尾信号，收尾信号向源知识产权IP核传输，沿传输路径释放所配置的光路由器端口。

本发明与现有系统相比具有以下优点：

第一，由于本发明基于双层布局的可扩展光片上网络结构中4N²根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀，克服了现有技术中光交换单元中波导布局不够优化，光片上网络交叉损耗较大、扩展能力有限的问题，使得本发明具有网络损耗小、能量利用率高、可扩展性强的优点。

第二，由于本发明的基于双层布局的可扩展光片上网络通信方法中光信号沿传输路径传输，克服了现有技术中基于Mesh结构的通信方法由近及远传输的时延开销较大的问题，使得本发明具有低时延、高吞吐、高带宽的优点。

第三，由于本发明的基于双层布局的可扩展光片上网络通信方法，通过分别计算源知识产权IP核与目的知识产权IP核的横、纵坐标的乘积值与坐标权值，判断源知识产权IP核与目的知识产权IP核的相对位置，确定信号的传输路径，克服了现有技术中网络灵活程度低、忽略针对特定应用的网络通信的问题，使得本发明具有通信效率高、面向应用广的优点。

附图说明

图1是本发明结构中两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器端口布局示意图；

图2是本发明结构中将六端口光路由器数目设置为18、光波导的数目设置为36、知识产权IP核数目设置为36的网络结构示意图；

图3是本发明结构中将六端口光路由器数目设置为32、光波导的数目设置为64、知识产权IP核数目设置为64的网络结构示意图；

图4是本发明结构中将六端口光路由器数目设置为50、光波导的数目设置为100、知识产权IP核数目设置为100的网络结构示意图；

图5是本发明通信方法的流程图；

图6是本发明通信方法中确定信号传输路径步骤的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明的装置包括上下两层硅衬底以及刻蚀在上下两层硅衬底上的2N²个六端口光路由器、4N²根光波导、通过六端口光路由器和光波导连接的4N²个知识产权IP核，其中N是大于等于3的正整数。

2N²个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发。

两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器有2N²个，包括N²个正向排列的光路由器和N²个反向排列的光路由器，每个光路由器外围均匀设置的六个端口。正向排列的光路由器的六个端口以上、下层交错式均匀设置，反向排列的光路由器的六个端口以下、上层交错式均匀设置，与正向排列的光路由器的六个端口依次对应错层分布，两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称。

参照图1，对本发明的结构中的两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器端口布局做进一步描述。

两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器包括：正向排列的光路由器1和反向排列的光路由器2。每个光路由器呈正六边形，以俯视时以光路由器中心向上方向为正方向，光路由器的六个端口在以光路由器结构外围均匀分布，依次位于正方向顺时针偏转30°、90°、150°、210°、270°、330°位置。正向排列的光路由器1的六个端口以上、下层交错式均匀设置，六个端口依次位于上层下层上层、下层、上层、下层。反向排列的光路由器2的六个端口以下、上层交错式均匀设置，六个端口依次位于下层、上层、下层、上层、下层、上层。两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称。

2N²个六端口光路由器中的2N个光路由器分布在水平对称轴上，其余的光路由器分别以N-1行、N-1列等间隔分布在由竖直对称轴和水平对称轴划分的四个象限内。水平对称轴上的2N个光路由器均匀分布在竖直对称轴两侧，每个象限放置个光路由器，距离水平对称轴最远的一行为第一行，在第i行中，其中i是满足1≤i≤(N-1)的正整数，从靠近竖直对称轴处起，设置m个光路由器，光路由器个数m满足m＝i，同一列中的光路由器相同，各列间的光路由器以正向排列的光路由器和反向排列的光路由器交替设置，各个象限中的光路由器分别关于水平对称轴和竖直对称轴呈轴对称排布。

下面结合附图2(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为18、光波导的数目设置为36、知识产权IP核数目设置为36的网络结构示意图)，对18个六端口光路由器的交替排布方式进一步说明。

18个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发。

两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器有18个，包括9个正向排列的光路由器和9个反向排列的光路由器，每个光路由器外围均匀设置的六个端口。正向排列的光路由器的六个端口以上、下层交错式均匀分布，反向排列的光路由器的六个端口以下、上层交错式均匀分布，与正向排列的光路由器的六个端口依次对应错层分布，两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称。

18个六端口光路由器中的6个光路由器分布在水平对称轴2上，其余的光路由器分别以2行、2列等间隔分布在由竖直对称轴1和水平对称轴2划分的四个象限内。水平对称轴2上的6个光路由器均匀分布在竖直对称轴1两侧。每个象限内，距离水平对称轴2最远的一行为第一行，在第1行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置1个光路由器，在第2行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置2个光路由器，共放置3个光路由器，同一列中的光路由器相同，各列间的光路由器以正向排列的光路由器和反向排列的光路由器交替设置。各个象限中的光路由器分别关于水平对称轴2和竖直对称轴1呈轴对称排布。

下面结合附图3(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为32、光波导的数目设置为64、知识产权IP核数目设置为64的网络结构示意图)，对32个六端口光路由器的交替排布方式进一步说明。

32个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发。

两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器有32个，包括16个正向排列的光路由器和16个反向排列的光路由器，每个光路由器外围均匀设置的六个端口。正向排列的光路由器的六个端口以上、下层交错式均匀分布，反向排列的光路由器的六个端口以下、上层交错式均匀分布，与正向排列的光路由器的六个端口依次对应错层分布，两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称。

32个六端口光路由器中的8个光路由器分布在水平对称轴2上，其余的光路由器分别以3行、3列等间隔分布在由竖直对称轴1和水平对称轴2划分的四个象限内。水平对称轴2上的8个光路由器均匀分布在竖直对称轴1两侧。每个象限内，距离水平对称轴2最远的一行为第一行，在第1行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置1个光路由器。在第2行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置2个光路由器。在第3行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置3个光路由器，每个象限放置6个光路由器，同一列中的光路由器相同，各列间的光路由器以正向排列的光路由器和反向排列的光路由器交替设置。各个象限中的光路由器分别关于水平对称轴2和竖直对称轴1呈轴对称排布。

下面结合附图4(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为50、光波导的数目设置为100、知识产权IP核数目设置为100的网络结构示意图)，对50个六端口光路由器的交替排布方式进一步说明。

50个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发。

两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器有50个，包括25个正向排列的光路由器和25个反向排列的光路由器，每个光路由器外围均匀设置的六个端口。正向排列的光路由器的六个端口以上、下层交错式均匀分布，反向排列的光路由器的六个端口以下、上层交错式均匀分布，与正向排列的光路由器的六个端口依次对应错层分布，两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称。

50个六端口光路由器中的10个光路由器分布在水平对称轴2上，其余的光路由器分别以4行、4列等间隔分布在由竖直对称轴1和水平对称轴2划分的四个象限内。水平对称轴2上的10个光路由器均匀分布在竖直对称轴1两侧。每个象限内，距离水平对称轴2最远的一行为第一行，在第1行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置1个光路由器。在第2行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置2个光路由器。在第3行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置3个光路由器。在第4行中，从靠近竖直对称轴1处起，设置4个光路由器，每个象限放置10个光路由器，同一列中的光路由器相同，各列间的光路由器以正向排列的光路由器和反向排列的光路由器交替设置。各个象限中的光路由器分别关于水平对称轴2和竖直对称轴1呈轴对称排布。

4N²根光波导，在上下两层硅衬底上交错刻蚀，每根光波导连接两个六端口光路由器，实现网络中光信号的传输。

4N²根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀是指：

沿竖直对称轴方向分布的2N²-2根光波导中包括2N²-2N根光波导和2N-2根光波导两种。2N²-2N根光波导中的每一根光波导分别与其相邻的光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。2N-2根光波导中的每一根光波导分别与每列首尾处光路由器相连，2N-2根光波导从靠近竖直对称轴起向外依次在上、下层硅衬底上交替刻蚀。

沿水平对称轴方向分布的4(N-1)+2(N-1)²光波导中包括(2N-3)+2(N-1)²根光波导和2N-1根光波导两种，其中(2N-3)+2(N-1)²根光波导中又包括2N-3根光波导和2(N-1)²根光波导两种。(2N-3)+2(N-1)²根光波导中的每一根光波导，分别与其相邻的、除各象限中第一行以外的光路由器相连，2N-3根光波导均与其相邻的光路由器相连且连线与竖直对称轴相交，2N-3根光波导中的每一根光波导刻蚀于上层硅衬底上。2(N-1)²根光波导从靠近竖直对称轴起向外依次在下、上层硅衬底上交替刻蚀。2N-1根光波导中的每一根光波导分别与每行首尾处光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于下层硅衬底上。

位于水平对称轴上首尾处的两个光路由器，分别通过两根光波导与相邻象限中第一行的光路由器相连，四根光波导形成外围环路，外围环路中的每根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。

下面结合附图2(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为18、光波导的数目设置为36、知识产权IP核数目设置为36的网络结构示意图)，对36根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀方式进一步说明。

沿竖直对称轴1方向分布的16根光波导中包括12根光波导和4根光波导两种。12根光波导中的每一根光波导分别与其相邻的光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。4根光波导中的每一根光波导分别与每列首尾处光路由器相连，4根光波导从靠近竖直对称轴1起向外依次在上、下层硅衬底上交替刻蚀。

沿水平对称轴2方向分布的16光波导中包括11根光波导和5根光波导两种，其中11根光波导中又包括3根光波导和8根光波导两种。11根光波导中的每一根光波导，分别与其相邻的、除各象限中第一行以外的光路由器相连，3根光波导均与其相邻的光路由器相连且连线与竖直对称轴1相交，这些光波导刻蚀于上层硅衬底上。8根光波导从靠近竖直对称轴1起向外，依次在下、上层硅衬底上交替刻蚀。5根光波导中的每一根光波导分别与每行首尾处光路由器相连，这些光波导均刻蚀于下层硅衬底上。

位于水平对称轴2上首尾处的2个光路由器，分别通过2根光波导与相邻象限中第一行的光路由器相连，4根光波导形成外围环路，外围环路中的每根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。

下面结合附图3(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为32、光波导的数目设置为64、知识产权IP核数目设置为64的网络结构示意图)，对64根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀方式进一步说明。

沿竖直对称轴1方向分布的30根光波导中包括24根光波导和6根光波导两种。24根光波导中的每一根光波导分别与其相邻的光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。6根光波导中的每一根光波导分别与每列首尾处光路由器相连，6根光波导从靠近竖直对称轴1起向外依次在上、下层硅衬底上交替刻蚀。

沿水平对称轴2方向分布的30光波导中包括23根光波导和7根光波导两种，其中23根光波导中又包括5根光波导和18根光波导两种。23根光波导中的每一根光波导，分别与其相邻的、除各象限中第一行以外的光路由器相连，5根光波导均与其相邻的光路由器相连且连线与竖直对称轴1相交，这些光波导刻蚀于上层硅衬底上。18根光波导从靠近竖直对称轴1起向外，依次在下、上层硅衬底上交替刻蚀。7根光波导中的每一根光波导分别与每行首尾处光路由器相连，这些光波导均刻蚀于下层硅衬底上。

位于水平对称轴2上首尾处的2个光路由器，分别通过2根光波导与相邻象限中第一行的光路由器相连，4根光波导形成外围环路，外围环路中的每根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。

下面结合附图4(本发明结构中将六端口光路由器数目设置为50、光波导的数目设置为100、知识产权IP核数目设置为100的网络结构示意图)，对100根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀方式进一步说明。

沿竖直对称轴1方向分布的48根光波导中包括40根光波导和8根光波导两种。48根光波导中的每一根光波导分别与其相邻的光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。8根光波导中的每一根光波导分别与每列首尾处光路由器相连，8根光波导从靠近竖直对称轴1起向外依次在上、下层硅衬底上交替刻蚀。

沿水平对称轴2方向分布的48根光波导中包括39根光波导和9根光波导两种，其中39根光波导中又包括7根光波导和32根光波导两种。39根光波导中的每一根光波导，分别与其相邻的、除各象限中第一行以外的光路由器相连，7根光波导均与其相邻的光路由器相连且连线与竖直对称轴1相交，这些光波导刻蚀于上层硅衬底上。32根光波导从靠近竖直对称轴1起向外，依次在下、上层硅衬底上交替刻蚀。9根光波导中的每一根光波导分别与每行首尾处光路由器相连，这些光波导均刻蚀于下层硅衬底上。

位于水平对称轴2上首尾处的2个光路由器，分别通过2根光波导与相邻象限中第一行的光路由器相连，4根光波导形成外围环路，外围环路中的每根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。

4N²个知识产权IP核，实现网络中光信号的处理。

附图2将本发明结构中的知识产权IP核数目设置为36，实现网络中光信号的处理。附图3将本发明结构中的知识产权IP核数目设置为64，实现网络中光信号的处理。附图4将本发明结构中的知识产权IP核数目设置为100，实现网络中光信号的处理。

下面结合附图5对本发明的通信方法进一步说明，利用双层布局的可扩展光片上网络结构对光信号进行传输，完成知识产权IP核之间的通信，具体步骤包括如下：

(1)在可扩展光片上网络中建立坐标系：

(1a)以可扩展光片上网络中的水平对称轴向右为正方向，以竖直对称轴向上为正方向，建立平面直角坐标系。

(1b)以可扩展光片上网络中相邻光路由器的中心间隔为单位长度，依次确定每个光路由器的坐标值，每个知识产权IP核的坐标值和与其相连的光路由器坐标值相同。

(2)确定信号的传输路径：

通过分别对比源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标、源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标，分别计算源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标乘积值、源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标乘积值、坐标权值，判断源知识产权IP核与目的知识产权IP核的相对位置，确定信号的传输路径；

下面结合附图6对本发明通信方法中确定信号传输路径步骤进一步说明。

(2a)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标相等，且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标相等时，源知识产权IP核与目的知识产权IP核连接在同一光路由器上，光信号传输路径在该光路由器内部。

(2b)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标不相等且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标相等，或源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标相等且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标不相等时，源知识产权IP核所连接的光路由器和目的知识产权IP核所连接的光路由器位于同一行或同一列，光信号通过该行或该列上光路由器进行传输。

(2c)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标不相等，且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标不相等时，计算权值G＝min[|x_s-x_d|-1,|x_s+x_d|+1]+min[|y_s-y_d|-1,|y_s+y_d|+1]，其中x_s是源知识产权IP核的横坐标，y_s是源知识产权IP核的纵坐标，x_d是目的知识产权IP核的横坐标，y_d是目的知识产权IP核的纵坐标，以此确定光信号传输路径：

若横坐标参考值x_s×x_d与纵坐标参考值y_s×y_d同时为正数，或横坐标参考值和纵坐标参考值其中之一为正数，另一个为0，源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于同一象限。否则，源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于不同象限。

当源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于同一象限，若权值G满足G≤N-1，光信号经过X-Y维序路由实现传输，其中，N表示与双层布局的可扩展光片上网络结构中六端口光路由器数量、光波导数量及知识产权IP核数量均相关的大于等于3的正整数。若权值G满足G>N-1，光信号先经过一次X-Y维序路由传输至最邻近的外围环路端点，经由外围环路传输至其另一端点，再经过一次X-Y维序路由传输至目的知识产权IP核。

当源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于不同象限，若权值G满足G≤N,光信号经过X-Y维序路由实现传输。若权值G满足G>N，光信号先经过一次X-Y维序路由传输至最邻近的外围环路端点，经由外围环路传输至其另一端点，再经过一次X-Y维序路由传输至目的知识产权IP核。

(3)配置传输路径上的光路由器端口：

(3a)源知识产权IP核发送控制信号。

(3b)控制信号沿所确定的信号传输路径，向目的知识产权IP核传输。

(3c)控制信号配置传输路径上的光路由器端口。

(3d)目的知识产权IP核在接收到控制信号后产生并发送应答信号，应答信号沿传输路径返回源知识产权IP核。

(4)发送光信号：

源知识产权IP核在接收到应答信号后产生并发送光信号，光信号沿传输路径向目的知识产权IP核传输。

(5)接收光信号：

(5a)目的知识产权IP核接收光信号。

(5b)目的知识产权IP核产生并发送收尾信号，收尾信号向源知识产权IP核传输，沿传输路径释放所配置的光路由器端口。

Claims (2)

1.一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构，包括上下两层硅衬底以及刻蚀在上下两层硅衬底上的2N²个六端口光路由器、4N²根光波导、通过六端口光路由器和光波导连接的4N²个知识产权IP核，其中N是大于等于3的正整数，其特征在于：

所述的2N²个六端口光路由器，由两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布组成，每个六端口光路由器中的两个本地端口分别连接两个知识产权IP核，其余四个互连端口与其他六端口光路由器通过波导相连，实现网络中光信号的接收和转发；

所述的4N²根光波导，在上下两层硅衬底上交错刻蚀，每根光波导连接两个六端口光路由器，实现网络中光信号的传输；

所述的4N²个知识产权IP核，实现网络中光信号的处理；

所述的两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器交替排布方式如下：

所述的两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器有2N²个，包括N²个正向排列的光路由器和N²个反向排列的光路由器；每个光路由器外围均匀设置的六个端口；正向排列的光路由器的六个端口以上、下层交错式均匀设置，反向排列的光路由器的六个端口以下、上层交错式均匀设置，与正向排列的光路由器的六个端口依次对应错层分布，两种排列方式的光路由器的端口分布互呈镜面对称；

所述的2N²个六端口光路由器中的2N个光路由器分布在水平对称轴上，其余的光路由器分别以N-1行、N-1列等间隔分布在由竖直对称轴和水平对称轴划分的四个象限内；水平对称轴上的2N个光路由器均匀分布在竖直对称轴两侧；每个象限放置个光路由器，距离水平对称轴最远的一行为第一行，在第i行中，其中i是满足1≤i≤(N-1)的正整数，从靠近竖直对称轴处起，设置m个光路由器，光路由器个数m满足m＝i，同一列中的光路由器相同，各列间的光路由器以正向排列的光路由器和反向排列的光路由器交替设置，各个象限中的光路由器分别关于水平对称轴和竖直对称轴呈轴对称排布；

所述的4N²根光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀是指：

沿竖直对称轴方向分布的2N²-2根光波导中包括2N²-2N根光波导和2N-2根光波导两种；2N²-2N根光波导中的每一根光波导分别与其相邻的光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于上层硅衬底上；2N-2根光波导中的每一根光波导分别与每列首尾处光路由器相连，2N-2根光波导从靠近竖直对称轴起向外依次在上、下层硅衬底上交替刻蚀；

沿水平对称轴方向分布的4(N-1)+2(N-1)²光波导中包括(2N-3)+2(N-1)²根光波导和2N-1根光波导两种，其中(2N-3)+2(N-1)²根光波导中又包括2N-3根光波导和2(N-1)²根光波导两种；(2N-3)+2(N-1)²根光波导中的每一根光波导，分别与其相邻的、除各象限中第一行以外的光路由器相连，2N-3根光波导均与其相邻的光路由器相连且连线与竖直对称轴相交，2N-3根光波导中的每一根光波导刻蚀于上层硅衬底上；2(N-1)²根光波导从靠近竖直对称轴起向外依次在下、上层硅衬底上交替刻蚀；2N-1根光波导中的每一根光波导分别与每行首尾处光路由器相连，每一根光波导均刻蚀于下层硅衬底上；

位于水平对称轴上首尾处的两个光路由器，分别通过两根光波导与相邻象限中第一行的光路由器相连，四根光波导形成外围环路，外围环路中的每根光波导均刻蚀于上层硅衬底上。

2.一种基于权利要求1所述的双层布局可扩展光片上网络结构的通信方法，具体步骤包括如下：

(1)在可扩展光片上网络中建立坐标系：

(1a)以可扩展光片上网络中的水平对称轴向右为正方向，以竖直对称轴向上为正方向，建立平面直角坐标系；

(1b)以可扩展光片上网络中相邻光路由器的中心间隔为单位长度，依次确定每个光路由器的坐标值，每个知识产权IP核的坐标值和与其相连的光路由器坐标值相同；

(2)确定信号的传输路径：

(2a)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标相等，且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标相等时，源知识产权IP核与目的知识产权IP核连接在同一光路由器上，光信号传输路径在该光路由器内部；

(2b)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标不相等且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标相等，或源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标相等且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标不相等时，源知识产权IP核所连接的光路由器和目的知识产权IP核所连接的光路由器位于同一行或同一列，光信号通过该行或该列上光路由器进行传输；

(2c)当源知识产权IP核的横坐标与目的知识产权IP核的横坐标不相等，且源知识产权IP核的纵坐标与目的知识产权IP核的纵坐标不相等时，计算权值G＝min[|x_s-x_d|-1,|x_s+x_d|+1]+min[|y_s-y_d|-1,|y_s+y_d|+1]，其中x_s是源知识产权IP核的横坐标，y_s是源知识产权IP核的纵坐标，x_d是目的知识产权IP核的横坐标，y_d是目的知识产权IP核的纵坐标，以此确定光信号传输路径：

若横坐标参考值x_s×x_d与纵坐标参考值y_s×y_d同时为正数，或横坐标参考值和纵坐标参考值其中之一为正数，另一个为0，源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于同一象限；否则，源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于不同象限；

当源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于同一象限，若权值G满足G≤N-1，光信号经过X-Y维序路由实现传输，若权值G满足G>N-1，光信号先经过一次X-Y维序路由传输至最邻近的外围环路端点，经由外围环路传输至其另一端点，再经过一次X-Y维序路由传输至目的知识产权IP核；

当源知识产权IP核和目的知识产权IP核位于不同象限，若权值G满足G≤N,光信号经过X-Y维序路由实现传输；若权值G满足G>N，光信号先经过一次X-Y维序路由传输至最邻近的外围环路端点，经由外围环路传输至其另一端点，再经过一次X-Y维序路由传输至目的知识产权IP核；

(3)配置传输路径上的光路由器端口：

(3a)源知识产权IP核发送控制信号；

(3b)控制信号沿所确定的信号传输路径，向目的知识产权IP核传输；

(3c)控制信号配置传输路径上的光路由器端口；

(3d)目的知识产权IP核在接收到控制信号后产生并发送应答信号，应答信号沿传输路径返回源知识产权IP核；

(4)发送光信号：

源知识产权IP核在接收到应答信号后产生并发送光信号，光信号沿传输路径向目的知识产权IP核传输；

(5)接收光信号：

(5a)目的知识产权IP核接收光信号；

(5b)目的知识产权IP核产生并发送收尾信号，收尾信号向源知识产权IP核传输，沿传输路径释放所配置的光路由器端口。