随着CMOS工艺向着深亚微米和纳米级发展,器件和连线的尺寸越来越小,电源电压不断降低,同时操作频率不断提高,这些都大大提高了发生错误的可能性。片上网络技术实现了多个处理器核和各种功能模块的集成。随着工艺的发展,片上通信也受到多种因素的干扰从而变得不可靠甚至造成系统故障。因此,迫切需要研究相应的机制和技术以提高片上网络的可靠性。片上网络监测系统应运而生。监测系统通过提取网络中的各种信息(例如数据包和各种网络状态等),来实现一系列的功能,例如验证和调试、容错控制、运行状态重构和参数自适应等。本文基于片上网络基础并结合当前的监测技术,对片上网络监测系统的关键电路进行了分析和设计,所取得的主要研究成果为：1.分析了片上网络监测系统的研究现状,并提出了本文的片上网络监测系统的功能定义及系统框架。通过监测片上网络中的数据传输及状态,监测系统可以提供两个方面的服务：对片内通信发生的错误进行统计和积累,从而诊断出错误的类型,并进行错误定位;对于诊断出的发生非瞬时性错误的通信资源(路由节点或者链路),结合网络中的拥塞信息自适应地计算最佳的路由,从而实现错误的限制和规避。通过这两个方面的服务,为高层的应用提供有效的监测信息,以提高片上网络系统的性能。文中以二维网格结构的片上网络为研究对象,提出了一个多层次的树型片上网络监测系统结构,由底向上分为链路级、路由节点级、集群级和芯片级四级监测器。2.分析了片上网络中的错误类型及其来源,并分析了已有的错误检测和处理机制,包括错误检测／纠错和重传、错误定位和可容错的路由算法等。针对当前的容错机制无法区分瞬时性错误和非瞬时性错误的问题,提出了一种基于阈值的片上网络的链路级监测器电路和路由节点级的监测器电路。所提出的监测器电路不光可以区分瞬时性和非瞬时性的错误,并且可以对错误发生的位置进行定位。此外,分析了该监测系统的轻量化、覆盖性、鲁棒性和独立性等设计考虑。3.对于片上网络监测系统诊断和定位到的发生非瞬时性错误的通信资源(路由节点或链路),通过自适应地计算路由从而对发生错误的部分进行规避。研究了已有的使用动态规划电路进行路由计算的技术,在此基础上,设计了一个新颖的计算最优路由的动态规划电路。这种电流模式的动态规划计算平台提供了一种功能强大的低功耗高速度的解决方案。作为其核心的连续时间的Winner-take-all/Loser-take-all (WTA/LTA)电路,使用可再生电路来提高解析度和速度,并采用选择输出的方法来改善输出电流的精确度。该WTA/LTA电路高解析度、高速度和低功耗的特性非常适用于多输入的应用。使用提出的WTA/LTA电路作为动态规划的基本计算单元,可以显著提高动态规划计算网络的性能。4.现有的电流模WTA/LTA电路由于大量使用电流镜,因此电流镜引起的失配严重影响了电路的精确度和解析度；并且由于使用二进制树型结构来扩展电路,造成了电路的传递误差逐级扩大,从而严重影响了电路的解析度、精确度和速度等性能。为了解决这些问题,本文中还提出了三种新颖的不使用电流镜的WTA/LTA电路。第一个电路利用锁存器的正反馈特性来进行比较,再使用输出选择的方输出电流,该电路使用传统的二进制树型结构进行扩展。第二个电路同样利用锁存器的正反馈特性来进行比较,不同的是使用整流的方式输出电流,在此基础上提出了一个新的多输入并行WTA电路结构。第三个电路采用积分的方式将输入电流的大小转化为时域信号,再由判决器电路来判定出最早的信号(对应最大的输入电流),最后采用开关来选择输出电流。这种电路除了可以使用传统的二进制树型结构进行扩展外,为进一步减小电路延时,文中提出了一种新的并行时域WTA电路结构。这三种电路克服了传统的WTA/LTA电路使用电流镜的局限性,大大改善了电路的解析度、速度和精确度,并减小了电路面积,非常适用于各种嵌入式智能应用。