pci總線仲裁器的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、pci總線仲裁器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：基于Altera的CPLD器件的PCI總線仲裁器設(shè)計，實現(xiàn)仲裁器的AHDL編程，并結(jié)合仿真結(jié)果對PCI總線的仲裁進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞：PCI仲裁器，CPLD，仿真PCI總線仲裁器通常是集成在PCI芯片組中。隨著計算機應(yīng)用的深入，尤其是嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，集成的仲裁器難以滿足某些場合的應(yīng)用。而采用CPLD技術(shù)實現(xiàn)的獨立的PCI總線仲裁器，則較好的適應(yīng)了這方面的需求。一、PCI總線仲裁機制PCI的仲裁是基于設(shè)備訪問，而不是基于時間分配的。在任一時刻，總線上的一個主設(shè)備要想獲得對總線的控制權(quán)，就必須發(fā)出它的請求信號（PCIreqN），如果此刻該設(shè)備有權(quán)控

2、制總線，總線仲裁器就使該設(shè)備的總線占用允許信號（PCIgntN）有效，進(jìn)而獲得總線的使用權(quán)。當(dāng)有多個主設(shè)備同時發(fā)出總線控制請求時，就必須由仲裁器根據(jù)一定的算法判定，當(dāng)前應(yīng)該由哪個主設(shè)備獲得控制權(quán)。二、仲裁算法常用的仲裁算法有：公平算法、循環(huán)算法等。本仲裁器設(shè)計采用的是循環(huán)算法，設(shè)備的優(yōu)先級預(yù)先設(shè)定。目前的設(shè)計實現(xiàn)對四個PCI設(shè)備請求的仲裁，各設(shè)備優(yōu)先級由高到低安排為：設(shè)備0>設(shè)備1>設(shè)備2>設(shè)備3。系統(tǒng)啟動伊始，沒有設(shè)備使用PCI總線，也沒有設(shè)備請求使用PCI總線，仲裁器總是設(shè)定設(shè)備0擁有總線控制權(quán)，即將總線?？坑谠O(shè)備0。此時設(shè)備0的PCIgntN是有效的。而在此之后，仲裁器總是指

3、定PCI總線的最后一個使用者為總線的停靠設(shè)備。當(dāng)有一個或多個設(shè)備提出擁有總線使用權(quán)的請求時，仲裁器將按照事先安排的設(shè)備優(yōu)先級順序逐一查詢。對于只有一個設(shè)備請求的情況，該設(shè)備的請求將會馬上得到響應(yīng)；如果多個設(shè)備同時發(fā)出請求時，仲裁器裁定首先響應(yīng)優(yōu)先等級高的設(shè)備的請求，當(dāng)此設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸交出總線使用權(quán)后，再由優(yōu)先等級低的設(shè)備使用總線。示意框圖見圖2。如果一個設(shè)備已獲得總線使用權(quán)并且正在進(jìn)行地址、數(shù)據(jù)傳輸時，比它優(yōu)先級別高的設(shè)備也發(fā)出了占用請求，仲裁器將會撤銷優(yōu)先級別低的設(shè)備的總線占用信號，并把總線使用權(quán)交給優(yōu)先級別高的設(shè)備，同時還要確保在任一時刻不會出現(xiàn)多個設(shè)備同時占用總線的情況。具

4、體見仿真分析。三、編程設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計使用AHDL語言，在MaxplusII10.0上編譯通過，并進(jìn)行了仿真。1.仲裁器信號定義SUBDESIGNPCI_arb(--輸入PCIclk：INPUT--PCI時鐘Arbiter_rstN：INPUT--復(fù)位信號PCIreqN[3..0]：INPUT--總線占用請求信號frameN：INPUT--數(shù)據(jù)交易的啟動或開始，主設(shè)備發(fā)出irdyN：INPUT--交易數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，主設(shè)備發(fā)出--輸出PCIgntN[3..0]：OUTPUT--總線占用允許信號)frameN和irdyN決定了總線的狀態(tài)，只要兩個信號中的一個有效，就表明總線上有數(shù)據(jù)通過，

5、總線處于忙狀態(tài)；當(dāng)兩個信號都無效時，則總線處于空閑狀態(tài)。2.仲裁器狀態(tài)機定義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論文PCI總線仲裁器的設(shè)計與實現(xiàn)ELSEParb_sm=PARB_SLT0DENDIF為了避免AD線上和PAR線上出現(xiàn)時序競爭，一個設(shè)備的PCIgntN信號有效和另一個設(shè)備的PCIgntN的撤銷，如果不是在總線空閑狀態(tài)，則兩者之間至少要有一個時鐘的延遲。設(shè)計中，將每個設(shè)備占用總線的狀態(tài)分為兩部分，PARB_SLTx(總線空閑)和PARB_SLTxD(總線忙)；狀態(tài)機不能從一個設(shè)備的PARB_SLTxD狀態(tài)直接轉(zhuǎn)到另一個設(shè)備的PARB_SL

7、TyD狀態(tài)，中間必須經(jīng)過至少一個時鐘的PARB_SLTx狀態(tài)的銜接，這樣就避免了總線上競爭的出現(xiàn)。代碼中，PARBtout為一5位計數(shù)器，對PCI時鐘個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，用來判別設(shè)備發(fā)出請求信號后是否在規(guī)定時間內(nèi)（16個時鐘，即PARBtout[4..0]=10000）占據(jù)了總線，啟動了數(shù)據(jù)的傳輸；如果超時，則撤銷該設(shè)備的請求信號，并按預(yù)設(shè)的優(yōu)先級順序，對其余設(shè)備總線使用權(quán)進(jìn)行新一輪的裁定。計數(shù)器的編程實現(xiàn)：IF(PARBtout4#PCIreqN0&PCIreqN1&PC