匯流排仲裁

匯流排仲裁

系統中多個設備或模組可能同時申請對匯流排的使用權,為避免產生匯流排衝突,需由匯流排仲裁機構合理地控制和管理系統中需要占用匯流排的申請者,在多個申請者同時提出匯流排請求時,以一定的優先算法仲裁哪個應獲得對匯流排的使用權。

基本信息

簡介

匯流排仲裁匯流排仲裁
系統中多個設備或模組可能同時申請對匯流排的使用權,為避免產生匯流排衝突,需由匯流排仲裁機構合理地控制和管理系統中需要占用匯流排的申請者,在多個申請者同時提出匯流排請求時,以一定的優先算法仲裁哪個應獲得對匯流排的使用權。匯流排判優控制按照仲裁控制機構的設定可分為集中控制和分散控制兩種。其中就集中控制而言,常用的匯流排仲裁方式有:菊花鏈仲裁、二維仲裁、同步通信方式、異步通信方式和半同步通信方式。
連線到匯流排上的功能模組有主動和被動兩種形態,CPU可以做主方也可以做從方,而存取器模組只能用作從方。主方可以啟動一個匯流排周期,而從方只能回響主方的請求。對多個主設備提出的占用匯流排請求,一般採用優先權或公平策略進行仲裁。

分類

按照匯流排仲裁電路的位置不同,仲裁方式分為集中式仲裁和分散式仲裁兩類:
1.集中式匯流排仲裁的控制邏輯基本集中在一處,需要中央仲裁器,分為鏈式查詢方式、計數器定時查詢方式、獨立請求方式;
(1) 鏈式查詢方式
鏈式查詢方式的主要特點:匯流排授權信號BG串列地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達的接口無匯流排請求,則繼續往下查詢;假如BG到達的接口有匯流排請求,BG信號便不再往下查詢,該I/O接口獲得了匯流排控制權。離中央仲裁器最近的設備具有最高優先權,通過接口的優先權排隊電路來實現。
鏈式查詢方式的優點: 只用很少幾根線就能按一定優先次序實現匯流排仲裁,很容易擴充設備。
鏈式查詢方式的缺點: 對詢問鏈的電路故障很敏感,如果第i個設備的接口中有關鏈的電路有故障,那么第i個以後的設備都不能進行工作。查詢鏈的優先權是固定的,如果優先權高的設備出現頻繁的請求時,優先權較低的設備可能長期不能使用匯流排。
(2)計數器定時查詢方式
匯流排上的任一設備要求使用匯流排時,通過BR線發出匯流排請求。中央仲裁器接到請求信號以後,在BS線為“0”的情況下讓計數器開始計數,計數值通過一組地址線發向各設備。每個設備接口都有一個設備地址判別電路,當地址線上的計數值與請求匯流排的設備地址相一致時,該設備 置“1”BS線,獲得了匯流排使用權,此時中止計數查詢。
每次計數可以從“0”開始,也可以從中止點開始。如果從“0”開始,各設備的優先次序與鏈式查詢法相同,優先權的順序是固定的。如果從中止點開始,則每個設備使用匯流排的優先權相等。
計數器的初值也可用程式來設定,這可以方便地改變優先次序,但這種靈活性是以增加線數為代價的。
(3)獨立請求方式
每一個共享匯流排的設備均有一對匯流排請求線BRi和匯流排授權線BGI。當設備要求使用匯流排時,便發出該設備的請求信號。中央仲裁器中的排隊電路決定首先回響哪個設備的請求,給設備以授權信號BGi。
獨立請求方式的優點:回響時間快,確定優先回響的設備所花費的時間少,用不著一個設備接一個設備地查詢。其次,對優先次序的控制相當靈活,可以預先固定也可以通過程式來改變優先次序;還可以用禁止(禁止)某個請求的辦法,不回響來自無效設備的請求。
2.分散式仲裁不需要中央仲裁器,每個潛在的主方功能模組都有自己的仲裁號和仲裁器。當它們有匯流排請求時,把它們唯一的仲裁號傳送到共享的仲裁匯流排上,每個仲裁器將仲裁匯流排上得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁匯流排上的號大,則它的匯流排請求不予回響,並撤消它的仲裁號。最後,獲勝者的仲裁號保留在仲裁匯流排上。顯然,分散式仲裁是以優先權仲裁策略為基礎。

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