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随着片上系统的不断发展,单个芯片上集成的功能模块越来越多,集成度的增高和特征尺寸的减小加剧了片上系统的通信难度。基于网络互连方式的片上通信结构有效解决了总线结构引起的片上通信问题。随着片上网络规模的增大,二维片上网络结构的面积及互连线不断增加,严重影响到网络的性能。三维片上网络结构因为具有更小的网络传输距离,能够有效提高网络性能,从而受到了广泛的关注。由于三维片上网络的传输链路和垂直链路可能产生故障,导致数据包传输不到目的节点,因此设计出高效的面向三维片上网络的容错路由算法成为了研究的热点。本文完成了三维片上网络仿真平台的改进及测试验证,提出了一种新的三维片上网络容错路由算法,有效提高了高故障率情况下的网络性能。论文详细分析了路由结构、拓扑结构以及路由算法等三维片上网络的关键技术,并重点分析研究了容错路由算法。针对大部分仿真平台不支持具有链路故障的三维片上网络结构,本文完成了基于NIRGAM的三维片上网络仿真平台的改进。首先分析现有仿真平台的优缺点,深入研究了NIRGAM仿真平台的结构,然后对NIRGAM仿真平台进行改进,引入了三维拓扑结构下的链路故障。为了验证改进后仿真平台的正确性,论文将面向三维片上网络的低功耗高性能可靠路由算法AFRA、基于动态优先级的偏转路由容错方法DPDR、最小和自适应容错算法MAFA这3种容错路由算法融入到路由器结构,完成了支持链接故障的三维片上网络仿真平台的测试验证。在分析现有三维片上网络容错路由算法的基础上,本文提出了基于3D Mesh拓扑结构的大范围高故障率自适应可靠容错LAHF路由算法。该算法主要思想是找到最大的非故障立方体,在此立方体中利用随机无关路由算法到达距离目的节点最近的立方体中的节点,然后运行容错路由算法绕过故障链路,重复上述过程直至到达目的节点。论文在改进后的仿真平台上对所提出算法的容错可靠性、有效性和自适应性进行了验证,并对不同网络规模和不同故障率情况下的算法性能进行测试验证,与已完成的3种容错路由算法性能进行了比较。仿真结果表明,当数据包注入率为0.3时,本论文所提出的LAHF算法的平均延迟分别比AFRA、DPDR和MAFA算法少14%、32%和25%,而LAHF算法的平均吞吐率是其他三种算法的1.3倍、2.4倍和1.8倍。本论文改进及验证了NIRGAM片上网络仿真平台,并提出了适用于大范围高故障率情况的LAHF算法,仿真结果证明该算法性能优于AFRA、DPDR和MAFA算法,具有更低的延迟和更高的吞吐率。本论文的工作对于三维片上网络容错路由算法的研究具有一定的参考意义。