PCI总线仲裁器的设计和实现

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PCI总线仲裁器通常是集成在PCI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CPLD技术实现的独立的PCI总线仲裁器,则较好的适应了这方面的需求。

一﹑PCI总线仲裁机制

PCI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(PCIreqN),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(PCIgntN)有效,进而获得总线的使用权。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PCI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PCI总线,也没有设备请求使用PCI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PCIgntN是有效的。而在此之后,仲裁器总是指定PCI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。

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