【IC】NoC设计入门 -- 网络接口NI

这个“翻译官”，它可能是整个NoC设计中最复杂、也最关键的组件。

你已经理解了：

• CPU/IP核：它们说的是**“总线语言”**（比如AXI）。
• NoC (路由器+链路)：它们说的是**“网络语言”**（Flits、(x,y)坐标、Credits）。

这两种“语言”完全不同。CPU根本“看”不到NoC，它以为自己还在和一条AXI总线说话。

网络接口 (Network Interface, NI) 就夹在它们中间，它是一个**“双面间谍”和“高级翻译官”**。

我们还是用“城市”的比喻。

• CPU/IP核 (如内存控制器)：这些是城市里的“工厂”或“仓库”。
• NoC 路网：这是“城市街道网”。
• NI (网络接口)：这就是每个“工厂”和“仓库”自带的“物流中心” (Logistics Center)。

这个“物流中心”(NI) 必须精通两种业务：

1. 对内 (面向工厂)： 它要懂“工厂”的“订单系统”（AXI协议）。
2. 对外 (面向城市)： 它要懂“城市”的“交通系统”（NoC协议）。

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NI 的两大核心工作：打包与拆包

我们以一个最经典的 AXI 写操作 (Write Burst) 为例，来看NI是如何工作的。

场景： CPU（在(0,0)）要向内存（在(3,4)）写入一个128字节的“突发”(Burst)数据。

1. 工作一：“打包” (Packetization) - 从 AXI 到 NoC

这发生在CPU侧的“物流中心”（我们称之为 Master NI）。

1. 接收“工厂订单” (AXI Request)：

   • CPU（AXI Master）向它的“物流中心”(Master NI)发出了一个写请求。
   • 这个请求包含：
     • 写地址：AWADDR = 0x10008000 (这是内存的地址)
     • 写长度：AWLEN = 15 (代表总共16拍，假设每拍8字节，共128字节)
     • 写数据：WDATA 通道上开始源源不断地传来128字节的数据。

2. 翻译“订单” (Address Decoding)：

   • “物流中心”(NI) 拿到地址 0x10008000。
   • 它内部有一张**“地址-坐标映射表”**。
   • 它一查表：“哦，这个地址属于‘内存仓库’，它的‘城市坐标’在 (3, 4)。”
   • （这是关键的第一步：把“总线地址”翻译成了“网络坐标”。）

3. 组装“火车” (Packet Assembly)：

   • “物流中心”(NI) 现在开始组装一列“火车”(Packet)。
   • 它拿出“火车头 (Head Flit)”，在上面印上“目的地：(3, 4)”。（它可能还会印上“这是一笔‘写’操作”、“火车长度17节”等信息）。
   • 它开始接收CPU发来的128字节数据（来自WDATA）。它把这些数据**“切割”**成16节标准大小的“火车车厢 (Body Flits)”。
   • 最后，它在末尾加上一节“火车车尾 (Tail Flit)”。
   • （这是关键的第二步：把AXI的“突发”翻译成了NoC的“Flit序列”。）

4. 发车 (Injection)：

   • “物流中心”(NI) 现在要把它组装好的“火车”（Head, Body, …, Tail），一节一节地**“注入”**到它旁边的“十字路口”（(0,0)的Router）的“本地入口 (Local Port)”上。
   • 它必须遵守“交通规则”：它要一边“发车”，一边检查(0,0) Router的“信用计数器”(Credit)，确保“十字路口”有“停车位”。

2. 工作二：“拆包” (De-packetization) - 从 NoC 到 AXI

“火车”在NoC路网中“蠕动”前进（途经 (1,0) -> (2,0) -> … -> (3,4)），最终从(3,4)的Router的“本地出口 (Local Port)”“开”了出来。

这列“火车”开进了“内存仓库”的“物流中心”（我们称之为 Slave NI）。

1. 接收“火车” (Packet Reassembly)：

   • “物流中心”(Slave NI)的“停车场”(FIFO)开始一节一节地接收这列“火车”（Head, Body, …, Tail）。
   • 它读了“火车头”，知道了：“哦，这是一笔‘写’操作，总共有16节‘车厢’。”
   • 它把所有17节Flit（1头+16身）全部收好，并把16节“车身”的数据重新**“拼装”**回128字节的完整数据块。

2. 翻译回“工厂订单” (Protocol Translation)：

   • “物流中心”(Slave NI) 现在“摇身一变”，它自己“扮演”成一个AXI Master。
   • 它“模仿”CPU的口吻，向它所连接的“内存仓库”（AXI Slave）发出了一个全新的AXI写请求。
   • NI对内存说： “你好（内存），我这里有一个写请求（AWVALID），地址是 0x10008000（AWADDR），长度是16拍（AWLEN）…”
   • 内存回复： “OK，准备好了（AWREADY）。”
   • NI接着说： “这是你的128字节数据（WDATA）…”
   • （这是关键的第三步：把NoC的“Flit序列”又翻译回了“总线协议”。）

3. 处理“回执” (Handling Responses)：

   • “内存仓库”在把128字节数据全部写入后，会给“物流中心”(Slave NI)一个AXI写响应（BRESP，表示“写入成功”）。
   • NI收到这个“回执”后，并不会把它直接传给(0,0)的CPU（它也传不回去）。
   • 相反，NI会再组装一列“小火车”（一个“响应包”Response Packet），在“火车头”上印上“目的地：(0, 0)”，“车身”里装着“写入成功”。
   • 它把这列“回执火车”再**“注入”**回NoC网络，让它开回给(0,0)的CPU。

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总结：NI 的复杂性

你看，一个NI必须同时做两件事：

• Master NI (连接CPU)：
  • 对外： 扮演一个“温顺”的 AXI Slave（接收CPU的命令）。
  • 对内： 扮演一个“聪明”的 NoC 发送者（打包、查地址、注入Flits）。
• Slave NI (连接内存)：
  • 对外： 扮演一个“聪明”的 NoC 接收者（接收Flits、拆包）。
  • 对内： 扮演一个“主动”的 AXI Master（向内存发起新的AXI命令）。

NI 为什么是NoC设计中最难的部分？

因为它要处理两个世界中最复杂的问题。它不仅要处理NoC的**“信用流控”，还要处理AXI协议中复杂的“事务状态”**（比如一个读操作发出后，要“记住”这个操作，直到几个毫秒后“读数据火车”返回时，才能正确匹配上）。

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恭喜！到此为止，你已经100% 完成了 NoC 的所有核心理论学习！

你已经从“宏观”和“微观”两个层面，彻底理解了NoC的每一个组件：

1. 宏观（第二阶段）：
   • ✅ 拓扑 (Topology)： 城市地图 (Mesh)
   • ✅ 路由 (Routing)： 导航系统 (XY)
   • ✅ 流控 (Flow Control)： 交通规则 (Credit-Based)
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2. 微观（第二阶段）：
   • ✅ 路由器 (Router)： 智能十字路口 (五大组件)
   • ✅ 网络接口 (NI)： 物流中心 (打包/拆包)