总线的仲裁教学ppt课件

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1、6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式6.3.1总线的仲裁连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。如CPU模块，它在不同的时间可以用作主方，也可用作从方；而存储器模块只能用作从方。立方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。每次总线操作，只能有一个主方占用总线控制权，但同一时间里可以有一个或多个从方。我们知道，除CPU模块外，I／O功能模块也可提出总线请求。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。对多个主设备提出的占用

2、总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁。例如，在多处理器系统中对各CPU模块的总线请求采用公平的原则来处理，而对1／O模块的总线请求采用优先级策略。被授权的主方在当前总线业务一结束，即接管总线控制权，开始新的信息传送。主方持续控制总线的时间称为总线占用期。按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。1.集中式仲裁集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲裁器的总线请求信号线BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。链式查询方式为减少总线授权线数量，采用了图

3、6.9（a）所示的菊花链查询方式，其中A表示地址线，D表示数据线。BS线为1，表示总线正被某外设使用。链式查询方式的主要特点是，总线授权信号BG串行地从一个I／O接口传送到下一个I／O接口。假如BG到达的接口无总线请求，则继续往下查询；假如BG到达的接口有总线请求，BG信号便不再往下查询。这意味着该I／O接口就获得了总线控制权。作为思考题，读者不妨画出链式查询电路的逻辑结构图。显然，在查询链中离中央仲裁器最近的设备具有最高优先级，离中央仲裁器越远，优先级越低。因此，链式查询是通过接口的优先级排队电路来实

4、现的。链式查询方式的优点是，只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，并且这种链式结构很容易扩充设备。链式查询方式的缺点是对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，那么第i个以后的设备都不能进行工作。另外查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求时，那么优先级较低的设备可能长期不能使用总线。计数器定时查询方式计数器定时查询方式原理示于图6.9（b）。总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计

5、数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。每次计数可以从“0’开始，也可以从中止点开始。如果从“0’开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。计数器的初值也可用程序来设置，这就可以方便地改变优先次序，显然这种灵活性是以增加线数为代价的。独立请求方式独立请求方式原理示于图6.9（C）。在独立

6、请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BR。和总线授权线BG；。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BG。。独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，例如BR9优先级最高，BR1次之……BRn最低；也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求

7、。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。对于单处理器系统总线而言，中央仲裁器又称为总线控制器，它是CPU的一部分。按照目前的总线标准，中央仲裁器一般是一个单独的功能模块，如图6.5所示。2.分布式仲裁分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁信号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁

8、是以优先级仲裁策略为基础。作为思考题，读者自行设计分布式仲裁器逻辑电路。6.3.2总线的定时总线的一次信息传送过程，大致可分为如下五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址（目的地址），信息传送，状态返回（或错误报告）。为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议。所谓定时，是指事件出现在总线上的时序关系。下面介绍数据传送过程中采用的两种定时方式：同步定时和异步定时。1。同步定时在同步走时协议中，事件由现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。图6.10