[发明专利]一种基于群体决策算法的总线仲裁器及其实现方法

说明书

本发明具体涉及一种基于群体决策算法的总线仲裁器及其实现方法，具有仲裁公平性好、总线利用率高的特点，属于总线仲裁器和仲裁方法领域。通信架构正在成为多主机互连系统的瓶颈，高效的仲裁器能够解决互连总线系统中由于多个主机同时请求访问而引起的争用现象。本发明引入Borda数的概念，将多种仲裁机制的优势结合，得出新的优先级序列。相较于固定优先级仲裁，它可以快速满足经常需要占用总线主机的响应。相较于轮询仲裁，它可以减少常访问总线的主机一半的等待时间，以避免多主机环境中的饥饿问题。与经典的总线仲裁算法相比，群体决策算法不仅考虑了多种优先级的综合优势，还保证了一定的公平性和更合理的总线利用率，具有一定的优越性。

技术领域

本发明涉及一种总线仲裁器及其实现方法，基于群体决策算法实现，具有仲裁公平性好、总线利用率高的特点，属于总线仲裁器和仲裁方法领域。

背景技术

计算机总线是一种连接计算机各组件的硬件电路，它提供数据传输和控制的逻辑方式，并能规范化进行数据交换。计算机中主要有三种类型的总线：数据线、地址线和控制线。数据线允许数据在设备之间流动；地址线则告诉设备数据的来源和去处；而控制总线协调各种设备之间的活动，以防止出现数据冲突。本发明提出了一种新的总线仲裁器实现方法。并以目前广泛应用的AHB总线作为范例进行了验证。该发明同样适用于需要仲裁的其它通用计算机总线。

AMBA总线协议定义了片上通信的标准，是开发高性能嵌入式系统的有效工具。由于ARM的AMBA总线简单，吸引了众多IP设计者，AMBA总线的良好架构也适用于低功耗嵌入式系统。AMBA规范定义了三种不同的总线拓扑结构：高级高性能总线(AHB)、高级系统总线(ASB)和高级外设总线(APB)。

AHB协议是一种单时钟沿协议，最早的AMBA总线由ASB和APB构成，而在第二个版本AMBA 2中增加了AHB协议。作为高性能、高时钟频率的系统模块，AHB为主要的研究对象，其支持处理器、片上存储器和片外存储器接口之间的高效连接。

目前常用的总线仲裁算法包括：固定优先级算法、轮询算法、混和优先级算法和彩票仲裁算法等。其中固定优先级算法是按照特定序列响应请求；轮询算法是根据主机响应时间先后而重新依次排序的机制；混合优先级算法是将前面一部分主机，按固定优先级响应，其后的主机按轮询算法响应；彩票仲裁器是利用总线占用概率计算公式，拥有随机数号码的主机有最高优先级，被授予总线。

在AHB总线协议中，AHB总线最多支持16个主机数量，且仲裁器确保一次只允许一个总线主设备发起数据传输。图2中AHB总线可以主要分解为以下几个模块：一个仲裁器20、一个解码器24、地址和控制信号21和一些用于读写操作的复用逻辑22和23。

发明内容

本发明结合常用的总线仲裁方法，针对应用广泛的AMBA AHB总线，提出并实现了一种新的AHB总线仲裁器，它基于群体决策的数学机理，并引入Borda数的概念，将多种仲裁机制的优势结合，得出新的优先级序列。

本发明的具体实现步骤1和步骤2如图1所示，在函数表示方面为S10，在算法实现方面为S11，具体内容包括：

S101，基于Python的Pandas数据分析运算库，搭建库的运算环境，对群体决策算法进行了表示。

根据若干人对某些对象的决策结果，综合出这个群体的决策结果的过程称为群体决策。把根据每个人对评选对象所做的排序来确定这个群体对评选对象排序的决策过程，描述为一次选举。有若干选民和若干候选人，每个选民的一次投票是其按照一定的标准对各候选人优劣顺序的一次排序，而群体决策算法要根据所有选民的排序来确定选举结果，即一种最优排序。