總線仲裁的名詞解釋

　　系統(tǒng)中多個(gè)設(shè)備或模塊可能同時(shí)申請(qǐng)對(duì)總線的使用權(quán)，為避免產(chǎn)生總線沖突，需由總線仲裁機(jī)構(gòu)合理地控制和管理系統(tǒng)中需要占用總線的申請(qǐng)者，在多個(gè)申請(qǐng)者同時(shí)提出總線請(qǐng)求時(shí)，以一定的優(yōu)先算法仲裁哪個(gè)應(yīng)獲得對(duì)總線的使用權(quán)。

　　總線仲裁就是在多個(gè)總線主設(shè)備的環(huán)境中提出來(lái)的。在多處理機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)處理機(jī)都可以作為總線主設(shè)備，都要共享資源，它們都必須通過(guò)系統(tǒng)總線才能訪問(wèn)其它資源，總線也可視為是一種重要的公共資源。由于每個(gè)處理機(jī)都會(huì)隨機(jī)地提出對(duì)總線使用的要求，這樣就可能發(fā)生總線競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。為了防止多個(gè)處理機(jī)同時(shí)控制總線，就要在總線上設(shè)立一個(gè)處理上述總線競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)構(gòu)，按優(yōu)先級(jí)次序，合理地分配資源，這就是總線仲裁問(wèn)題。用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)總線分配的邏輯電路稱為總線仲裁器（Bus Arbiter）。它的任務(wù)是響應(yīng)總線請(qǐng)求，通過(guò)對(duì)分配過(guò)程的正確控制，達(dá)到最佳使用總線。

　　總線仲裁分類

　　按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中式仲裁和分布式仲裁兩類：

　　1.集中式總線仲裁的控制邏輯基本集中在一處，需要中央仲裁器，分為鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式、獨(dú)立請(qǐng)求方式；

　　（1） 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?/p>

　　鏈?zhǔn)讲樵兎绞降闹饕攸c(diǎn)：總線授權(quán)信號(hào)BG串行地從一個(gè)I/O接口傳送到下一個(gè)I/O接口。假如BG到達(dá)的接口無(wú)總線請(qǐng)求，則繼續(xù)往下查詢；假如BG到達(dá)的接口有總線請(qǐng)求，BG信號(hào)便不再往下查詢，該I/O接口獲得了總線控制權(quán)。離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先級(jí)，通過(guò)接口的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　鏈?zhǔn)讲樵兎绞降膬?yōu)點(diǎn)： 只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線仲裁，很容易擴(kuò)充設(shè)備。

　　鏈?zhǔn)讲樵兎绞降娜秉c(diǎn)： 對(duì)詢問(wèn)鏈的電路故障很敏感，如果第i個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，那么第i個(gè)以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。查詢鏈的優(yōu)先級(jí)是固定的，如果優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的設(shè)備可能長(zhǎng)期不能使用總線。

　?。?）計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式

　　總線上的任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過(guò)BR線發(fā)出總線請(qǐng)求。中央仲裁器接到請(qǐng)求信號(hào)以后，在BS線為“0”的情況下讓計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線的設(shè)備地址相一致時(shí)，該設(shè)備 置“1”BS線，獲得了總線使用權(quán)，此時(shí)中止計(jì)數(shù)查詢。

　　每次計(jì)數(shù)可以從“0”開(kāi)始，也可以從中止點(diǎn)開(kāi)始。如果從“0”開(kāi)始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級(jí)的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開(kāi)始，則每個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)相等。

　　計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來(lái)設(shè)置，這可以方便地改變優(yōu)先次序，但這種靈活性是以增加線數(shù)為代價(jià)的。

　　（3）獨(dú)立請(qǐng)求方式

　　每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對(duì)總線請(qǐng)求線BRi和總線授權(quán)線BGi。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時(shí)，便發(fā)出該設(shè)備的請(qǐng)求信號(hào)。中央仲裁器中的排隊(duì)電路決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，給設(shè)備以授權(quán)信號(hào)BGi。

　　獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，用不著一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢。其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求的辦法，不響應(yīng)來(lái)自無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求。

　　2.分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個(gè)潛在的主方功能模塊都有自己的仲裁號(hào)和仲裁器。當(dāng)它們有總線請(qǐng)求時(shí)，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己的號(hào)進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號(hào)大，則它的總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號(hào)。最后，獲勝者的仲裁號(hào)保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)。

　　總線仲裁的分配技術(shù)

　　對(duì)總線仲裁問(wèn)題的解決是以優(yōu)先級(jí)（又稱優(yōu)先權(quán)）的概念為基礎(chǔ)的，通常有三種總線分配的優(yōu)先級(jí)技術(shù)──串聯(lián)、并聯(lián)和循環(huán)。

　　串聯(lián)優(yōu)先級(jí)判別法

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　　圖中有Ⅰ、Ⅱ、…、N等N個(gè)模塊，都可作為總線主設(shè)備，各個(gè)模塊中的“請(qǐng)求”輸出端采用集電極（漏極）開(kāi)路門(mén)，“請(qǐng)求”端用“線或”方式接到仲裁器“請(qǐng)求”輸入端，每個(gè)模塊的“忙”端同仲裁器的“總線忙”狀態(tài)線相連，這是一個(gè)輸入輸出雙向信號(hào)線。當(dāng)一個(gè)模塊占有總線控制權(quán)時(shí)，該模塊的“忙”信號(hào)端成為輸出端，向系統(tǒng)的“忙”狀態(tài)線送出有效信號(hào)（例如低電平）。其它模塊的“忙”信號(hào)端全部作為輸入端工作，檢測(cè)“忙”線上狀態(tài)。一個(gè)模塊若要提出總線“請(qǐng)求”，其必要條件是選檢測(cè)到“忙”信號(hào)輸入端處于無(wú)效狀態(tài)。與此相應(yīng)，仲裁器接受總線請(qǐng)求輸入的條件，也是“忙”線處于無(wú)效狀態(tài)。

　　進(jìn)一步可以規(guī)定仲裁器輸出“允許”信號(hào)的條件首先是“忙”線無(wú)效，表示總線沒(méi)有被任一模塊占用；其次才是有模塊提出了總線請(qǐng)求。“允許”信號(hào)在鏈接的模塊之間傳輸，直到提出總線“請(qǐng)求”的那個(gè)模塊為止。這里用“允許”信號(hào)的邊沿觸發(fā)，它把共享總線的各模塊要使用總線時(shí)，便發(fā)生信號(hào)禁止后面的部件使用總線。通過(guò)這種方式，就確定了請(qǐng)求總線各模塊中優(yōu)先級(jí)最高的模塊。顯然，在這種方式中，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的模塊頻繁請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)別低的模塊可能很長(zhǎng)時(shí)間都無(wú)法獲得總線。一旦有模塊占用總線后，“允許”信號(hào)就不再存在。

　　并聯(lián)優(yōu)先級(jí)別判別法

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　　圖中有N個(gè)模塊，都可作為總線主設(shè)備，每個(gè)模塊都有總線“請(qǐng)求”線和總線“允許”線，模塊之間是獨(dú)立的，沒(méi)有任何控制關(guān)系。這些信號(hào)接到總線優(yōu)先控制器（仲裁器），任一模塊使用總線，都要通過(guò)“請(qǐng)求”線向仲裁器發(fā)出“請(qǐng)求”信號(hào)。仲裁器一般由一個(gè)優(yōu)先級(jí)編碼器和一個(gè)譯碼器組成。該電路接到某個(gè)模塊或多個(gè)模塊發(fā)來(lái)的請(qǐng)求信號(hào)后，首先優(yōu)先級(jí)編碼器進(jìn)行編碼，然后由譯碼器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，發(fā)往請(qǐng)求總線模塊中優(yōu)先級(jí)最高的模塊，并把“允許”信號(hào)送給該模塊。被選中的模塊撤銷(xiāo)總線“請(qǐng)求”信號(hào)，輸出總線“忙”信號(hào)，通知其余模塊，總線已經(jīng)占用。在一個(gè)模塊占用總線的傳輸結(jié)束以后，就把總線“忙”信號(hào)撤銷(xiāo)，仲裁器也撤銷(xiāo)“允許”信號(hào)。根據(jù)各請(qǐng)求輸入的情況，仲裁器重新分配總線控制權(quán)。

　　循環(huán)優(yōu)先級(jí)判別法

　　循環(huán)優(yōu)先級(jí)判別方法類似于并聯(lián)優(yōu)先級(jí)判別方法，只是其中的優(yōu)先級(jí)是動(dòng)態(tài)分配的，原來(lái)的優(yōu)先級(jí)編碼器由一個(gè)更為復(fù)雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先級(jí)在發(fā)出總線請(qǐng)求的那些模塊之間循環(huán)移動(dòng)，從而使每個(gè)總線模塊使用總線的機(jī)會(huì)相同。

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