[发明专利]一种基于AMBA总线的自适应实时加权优先仲裁方法及仲裁器

说明书

技术领域

本发明属于AMBA总线仲裁技术领域，涉及一种基于AMBA总线的自适应实时加权优先仲裁方法及仲裁器。

背景技术

随着半导体设计能力以及工艺制程的不断进步，在单一芯片上集成多种功能模块早已成为可能，SoC设计理念以及模块复用思想的提出，更是使大规模数字集成电路的设计有了质的飞跃。现在的SoC芯片，集成了多个处理器及运算单元，包括中央处理器、图像处理器、多媒体音频/视频编解码器以及多种功能的数字信号处理单元。在一个SoC系统中，决定系统性能的不再是单一处理器的运行速度，而主要取决于各个处理器单元之间的高效通信及其带宽的平衡分配。仲裁器负责处理各个处理器访问总线的优先级，协调多个处理器共享总线引起的竞争，保证总线资源合理、高效的分配，以使系统性能达到最优。

AMBA总线（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是ARM公司提出的一种多级片上总线互联结构，AMBA-AHB总线规定了仲裁协议及仲裁器的接口，但协议中并没有规定仲裁器使用何种仲裁算法，因此仲裁器的仲裁算法设计具有很强的灵活性。

图1所示为基于AMBA总线的仲裁器的示意图。对AMBA总线的仲裁器示意图中部分重要信号及功能的详细说明如下：

HBUSREQx[15:0]：AHB总线主设备发出的请求访问总线的申请信号。每个总线主设备都会有一个输出到仲裁器的申请信号HBUSREQx，AHB总线系统最多支持多达16个独立的AHB总线主设备。

HGRANTx[15:0]：授予信号是仲裁器的输出信号，表示最高优先级的主设备获得访问总线的授权。主设备在HGRANTx信号为高且HREADY有效的时钟HCLK上升沿获得总线授权。

HMASTER[3:0]：仲裁器使用HMASTER[3:0]信号表示获得总线授权的主设备编号，该信号还用来控制中央地址译码器和控制信号多路选择器。当有从设备申请进行一次SPLIT传输时，应该记录当前主设备编号HMASTER，以使从设备恢复传输时能够告知仲裁器授予相应主设备总线使用权。

HLOCKx[15:0]：主设备在发起一次锁定传输时，与请求信号一起声明的锁定传输信号。锁定传输信号提示仲裁器主设备正在执行一系列不可分割的传输。一旦锁定传输开始，在本次传输结束之前，仲裁器不能将总线控制权授予其他主设备。

HMASTERLOCK：仲裁器通过声明HMASTERLOCK信号来表明当前传输是一次锁定传输，该信号具有和地址以及控制信号相同的时序。

HRESP[1:0]：HRESP是从设备传输响应信号，在传输进行阶段如果从设备认为传输的执行将占用大量的时钟周期时，从设备可以发出一个SPLIT响应。该信号提示仲裁器当前进行传输的主设备不应该继续占用总线，直到从设备做好完成这次传输的准备发出SPLIT申请，先前的主设备将再次获得总线并完成数据传输。

HSPLITx[16:0]：当从设备能够完成一次SPLIT传输时，将声明HSPLITx[15:0]所对应位，以便通知仲裁器赋予相应主设备总线授权以完成传输。

由于AMBA总线规范没有规定总线仲裁算法，因此设计者可以根据需要自由的进行算法的选择和修改。但不论哪一种算法，都应该满足以下四个基本要求：

（1）每一时刻只能有一个主设备占用总线；

（2）一次完整传输不允许被打断；

（3）先请求的主设备应该首先得到响应，当同一时刻有多个主设备发出请求时，应该按照仲裁算法的优先级次序进行响应。

（4）仲裁算法应该保证“公平”，保证每个主设备都可以在一定的时间内获得总线。

比较常见的仲裁算法主要包括固定优先级算法、轮转优先级算法、基于固定优先级和轮转优先级的混合优先级算法以及加权优先循环算法等。

A．固定优先级算法：所谓固定优先级算法是指每个主设备访问共享总线的优先级是固定的，重要性高的主设备相应的要保证高的优先级，这种算法虽然保证了主设备的运行速度，但是其缺点也很明显，就是当高优先级主设备长期占用总线时，低优先级的主设备等待时间会很长，缺乏公平性。