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为了解决基于总线结构的片上系统通信瓶颈问题,基于包交换的片上网络NoC(Network on Chip)通信模型受到了广泛的关注。由于单一时钟的全局互联网络可能会引发严重的片上同步错误、不可预知的延迟和高能耗等问题,基于全局异步局部同步模型的电压频率岛VFIs (Voltage-Frequency Islands)技术成为了当前NoC领域的研究热点。随着硅穿孔和堆叠工艺的日益成熟,三维NoC的实现成为可能,相比二维NoC,三维NoC具有更小的片上处理器核间平均距离、更低的功耗及更高的可靠性。本文针对三维NoC的低能耗映射问题,提出了基于电压频率岛的NVR-VFIs映射算法,有效降低了系统能耗。论文的研究分为四个步骤:首先,通过对基于电压频率岛的NoC系统能耗的分析,建立基于3D-Mesh结构的NoC能量消耗模型,并定义出了符合性能约束条件的映射目标函数。然后,在可允许划分最大电压频率岛个数条件下,进行IP核的电压频率分配与划分,找到该分配方案下最小的处理器能耗及相应的IP核划分。接下来,运用近凸区域选择算法进行电压频率岛到三维NoC区域的分配,确保被划分到同电压频率岛中的IP核对应的NOC处理单元位置邻近且包含在同一凸区域中。基于近凸区域算法的划分方法避免了电压孤岛的出现,减少了电压频率岛间转换接口的个数,从而降低了转换能耗。最后,对每个电压频率岛采用分枝限界算法进行岛内IP核到相应凸区域的映射,降低了系统的通信能耗。为了对所提出的NVR-VFIs算法进行评估,本文将实际用例MPEG-4 VOPD、H.264解码器和E3S公共基准套件分别运用本文提出的NCR-VFIs映射算法和随机映射算法在不同规模的3D-Mesh结构的NoC平台上进行仿真计算,实验结果显示NCR-VFIs算法相比单一时钟域的随机映射算法能够节省约70%的能耗,此外NCR-VFIs算法将岛间转换接口的个数减少为随机映射算法的44%。