pci总线仲裁器的设计与实现

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1、pci总线仲裁器的设计与实现摘要：基于Altera的CPLD器件的PCI总线仲裁器设计，实现仲裁器的AHDL编程，并结合仿真结果对PCI总线的仲裁进行了论述。关键词：PCI仲裁器，CPLD，仿真PCI总线仲裁器通常是集成在PCI芯片组中。随着计算机应用的深入，尤其是嵌入式系统的不断发展，集成的仲裁器难以满足某些场合的应用。而采用CPLD技术实现的独立的PCI总线仲裁器，则较好的适应了这方面的需求。一、PCI总线仲裁机制PCI的仲裁是基于设备访问，而不是基于时间分配的。在任一时刻，总线上的一个主设备要想获得对总线的控制权，就必须发出它的请求信号（PCIreqN），如果此刻该设备有权控

2、制总线，总线仲裁器就使该设备的总线占用允许信号（PCIgntN）有效，进而获得总线的使用权。当有多个主设备同时发出总线控制请求时，就必须由仲裁器根据一定的算法判定，当前应该由哪个主设备获得控制权。二、仲裁算法常用的仲裁算法有：公平算法、循环算法等。本仲裁器设计采用的是循环算法，设备的优先级预先设定。目前的设计实现对四个PCI设备请求的仲裁，各设备优先级由高到低安排为：设备0>设备1>设备2>设备3。系统启动伊始，没有设备使用PCI总线，也没有设备请求使用PCI总线，仲裁器总是设定设备0拥有总线控制权，即将总线停靠于设备0。此时设备0的PCIgntN是有效的。而在此之后，仲裁器总是指

3、定PCI总线的最后一个使用者为总线的停靠设备。当有一个或多个设备提出拥有总线使用权的请求时，仲裁器将按照事先安排的设备优先级顺序逐一查询。对于只有一个设备请求的情况，该设备的请求将会马上得到响应；如果多个设备同时发出请求时，仲裁器裁定首先响应优先等级高的设备的请求，当此设备完成数据传输交出总线使用权后，再由优先等级低的设备使用总线。示意框图见图2。如果一个设备已获得总线使用权并且正在进行地址、数据传输时，比它优先级别高的设备也发出了占用请求，仲裁器将会撤销优先级别低的设备的总线占用信号，并把总线使用权交给优先级别高的设备，同时还要确保在任一时刻不会出现多个设备同时占用总线的情况。具

4、体见仿真分析。三、编程设计与实现本设计使用AHDL语言，在MaxplusII10.0上编译通过，并进行了仿真。1.仲裁器信号定义SUBDESIGNPCI_arb(--输入PCIclk：INPUT--PCI时钟Arbiter_rstN：INPUT--复位信号PCIreqN[3..0]：INPUT--总线占用请求信号frameN：INPUT--数据交易的启动或开始，主设备发出irdyN：INPUT--交易数据准备好，主设备发出--输出PCIgntN[3..0]：OUTPUT--总线占用允许信号)frameN和irdyN决定了总线的状态，只要两个信号中的一个有效，就表明总线上有数据通过，

5、总线处于忙状态；当两个信号都无效时，则总线处于空闲状态。2.仲裁器状态机定义parb_sm:MACHINEOFBITS(PARB2,PARB1,PARB0)ISeN#!irdyN#frameN&irdyN&PARBtout4)THENIF(!PCIreqN1)THENPCIgntN1=GNDparb_sm=PARB_SLT1DELSIF(!PCIreqN2)THENPCIgntN2=GNDparb_sm=PARB_SLT2DELSIF(!PCIreqN3)THENPCIgntN3=GNDparb_sm=PARB_SLT3DELSEPCIgntN0=GNDparb_sm=PARB_S

6、LT0DELSEPCIgntN0=GNDparb_sm=PARB_SLT0DENDIFeN&irdyN)THENparb_sm=PARB_SLT0论文PCI总线仲裁器的设计与实现ELSEParb_sm=PARB_SLT0DENDIF为了避免AD线上和PAR线上出现时序竞争，一个设备的PCIgntN信号有效和另一个设备的PCIgntN的撤销，如果不是在总线空闲状态，则两者之间至少要有一个时钟的延迟。设计中，将每个设备占用总线的状态分为两部分，PARB_SLTx(总线空闲)和PARB_SLTxD(总线忙)；状态机不能从一个设备的PARB_SLTxD状态直接转到另一个设备的PARB_SL

7、TyD状态，中间必须经过至少一个时钟的PARB_SLTx状态的衔接，这样就避免了总线上竞争的出现。代码中，PARBtout为一5位计数器，对PCI时钟个数进行计数，用来判别设备发出请求信号后是否在规定时间内（16个时钟，即PARBtout[4..0]=10000）占据了总线，启动了数据的传输；如果超时，则撤销该设备的请求信号，并按预设的优先级顺序，对其余设备总线使用权进行新一轮的裁定。计数器的编程实现：IF(PARBtout4#PCIreqN0&PCIreqN1&PC