Design of Crossbar Switch On-chip Bus for Performance Improvement of SoC

Most of the existing SoCs have shared bus architecture which always has a bottleneck state. The more IPs are in an SOC, the less performance it is of the SOC, Therefore, its performance is effected by the entire communication rather than CPU speed. In this paper, we propose cross-bar switch bus architecture for the reduction of the bottleneck state and the improvement of the performance. The cross-bar switch bus supports up to 8 masters and 16 slaves and parallel communication with architecture of multiple channel bus. Each slave has an arbiter which stores priority information about masters. So, it prevents only one master occupying one slave and supports efficient communication. We compared WISHBONE on-chip shared bus architecture with crossbar switch bus architecture of the SOC platform, which consists of an OpenRISC processor, a VGA/LCD controller, an AC97 controller, a debug interface, a memory interface, and the performance improved by 26.58% than the previous shared bus.

SoC의 성능 향상을 위한 크로스바 스위치 온칩 버스 설계

기존에 사용되는 대부분의 SoC는 공유버스 구조를 가지고 있어, 병목현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 SoC의 내부의 IP 수가 많을수록, 전체적인 SoC의 성능을 저하시키게 되어, CPU 자체의 속도보다는 전체적인 통신 분배에 의해 SoC의 성능이 좌우 된다. 본 논문에서는 공유버스의 단점인 병목현상을 줄이고 SoC의 성능을 향상시키기 위해 크로스바 스위치버스 구조를 제안한다. 크로스바 스위치 버스는 마스터 모률 8개, 슬레이브 모듈 16개까지 연결이 가능하며, 다중 버스 채널구조로 되어 있어 병렬통신이 가능하다. 또한 각 16개의 슬레이브 인터페이스마다 우선순위 정보가 저장된 아비터가 내장되어 하나의 마스터가 슬레이브를 독점하는 것을 방지하는 것과 동시에 효율적인 통신을 지원한다. OpenRISC 프로세서, VGA/LCD 제어기, AC97 제어기, 디버그 인터페이스, 메모리 인터페이스로 구성되는 SoC 플랫폼의 WISHBONE 온칩 공유버스 구조와 크로스바 스위치 버스구조의 성능을 비교한 결과, 기존의 공유버스보다 26.58%의 성능이 향상되었다.