PCI总线仲裁器的设计与实现.docx

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1、PCI总线仲裁器的设计与实现　　摘要基于的器件的总线仲裁器设计，实现仲裁器的编程，并结合仿真结果对总线的仲裁进行了论述。　　关键词仲裁器，，仿真总线仲裁器通常是集成在芯片组中。　　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。　　而采用技术实现的独立的总线仲裁器，则较好的适应了这方面的需求。　　一﹑总线仲裁机制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，如果此刻该设备有权控制总线，总线仲裁器就使该设备的总线占用允许信号有效，进而获得总线

2、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，没有设备使用总线，也没有设备请求使用总线，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的是有效的。　　而在此之后，仲裁器总是指定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

3、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。　　具体见仿真分析。　　三、编

4、程设计与实现本设计使用语言，在100上编译通过，并进行了仿真。　　1仲裁器信号定义_--输入--时钟_--复位信号[30]--总线占用请求信号--数据交易的启动或开始，主设备发出--交易数据准备好，主设备发出--输出&　　;[30]--总线占用允许信号和决定了总线的状态，只要两个信号中的一个有效，就表明总线上有数据通过，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_2,1,0_0=0,--0#有效，设备0拥有总线使用权，总线空闲_0=1,--0#有效，数据在总线上传输，总线处于忙状态_1=2,--以下类同_1=3,_2=4

5、,_2=5,_3=6,_3=7；3仲裁的实现由于采用循环算法，对每一个设备而言状态的变换都是相同的，下面仅以设备0的状态转换为例__0=>!#!#&&4!11=;_=_1;!22=;_=_2;!33=;_=_3;0=;&　　;_=_0;0=;_=_0;;_0=>0=;&_=_0;_=_0;;为了避免线上和线上出现时序竞争，一个设备的信号有效和另一个设备的的撤销，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，_总线空闲和_总线忙；状态机不能从一个设备的_状态直接转到另一个设备的_状态，中间必须经过至

6、少一个时钟的_状态的衔接，这样就避免了总线上竞争的出现。　　代码中，为一5位计数器，对时钟个数进行计数，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[40]=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4#0&1&2&3[]=0;&[]=[]+1;[]=0;;四、仿真分析1单一设备总线请求情况系统初始化后自动将总线停靠于设备0上,总线处于空闲状态，、均为高电平。　　需要强调的一点是，仲裁所用的控制信号均在时钟信号的上升沿采样而得。　　如

7、图3所示，设备2发出总线占用信号，仲裁器在时钟上升沿处采样到该信号，并开始启动计数，此时的、为高电平，设备0仍然拥有总线使用权；随后设备2驱动使得和有效，在时钟上升沿处，仲裁器采样到和，计数器清零，使设备2的2信号有效，从而占用总线，设备把地址、数据驱动到总线上，总线处于忙状态。　　之后，设备2撤销其2信号，放弃对总线的占用；接着、信号相继无效，表明数据传输的完成，总线变为空闲，仲裁器在处采样后，将总线停靠在设备2上。　　2多个设备同时请求总线使用权以两个设备为例设备3首先发出请求信号，仲裁器在时钟处采样后，计数器开始计数，此时总线仍然为设备0占用着；在时

8、钟处的采样，检测到有效，表明数据传输的开始，仲裁器使得3信号有效，