使用轮询调度方案实现总线的仲裁者

Shashidhar R¹,苏杰S.N²,孔雀舞地勤人员³

M。理工大学的学生,部门的建设,黄宗泽理工学院,卡纳塔克邦,印度班加罗尔
讲师,电子帝国一分为三,Akshaya理工学院,Tumkur,卡纳塔克邦,印度
讲师,电子帝国一分为三,Akshaya理工学院,Tumkur,卡纳塔克邦,印度

文摘

在系统芯片(SoC)公交车、知识产权(ip)需要相互交流访问所需的功能。当SoC总线与IPs,竞争发生在同一时间多个ip请求公共汽车的时候。这使得基于片上总线通信系统的一个重大的挑战在当前SoC设计技术。通信架构必须能够适应IPs的根据实时需求。因此,总线仲裁者。仲裁者块SoC共享总线通信中发挥了重要的作用。大师在SoC总线可以同时发出请求,因此仲裁者需要决定哪些主总线访问。总线仲裁者起着至关重要的作用在处理从奴隶主人的请求和响应(如应答信号,重试,等等)。仲裁算法的主要目标是确保只有一个主访问总线在任何给定的时间,所有其他大师被迫留在空闲状态,直到他们被授予公共汽车的使用。

关键字

SoC(片上总线、可动态配置的仲裁者,延迟

介绍

十亿个晶体管的时代在单个芯片上快速的方法,更多的处理元素(PEs)可以放在一个系统级芯片(SoC)。大多数PEs anSoCcommunicate彼此通过公交车和记忆。随着汽车数量的增加主人在一个芯片上,快速和强大的命令的重要性是必要的。这使得片装基于总线的通信系统设计的一个重大挑战当前SoC技术。通信架构必须能够适应根据栓塞形成后症状(PEs)的实时需求。因此,总线仲裁者。

仲裁者是一种电子设备,分配访问共享资源。仲裁者块SoC共享总线通信中发挥了重要的作用。大师在SoC总线可以同时发出请求,因此仲裁者需要决定哪些主总线访问。总线仲裁者起着至关重要的作用在处理从奴隶主人的请求和响应(如应答信号,重试,等等)。仲裁算法的主要目标是确保只有一个主访问总线在任何给定的时间,所有其他大师被迫留在空闲状态,直到他们被授予公共汽车的使用。

仲裁者有2个方案如下。

1。轮询调度方案

2。固定优先配屋计划

一个特定的计划可以根据需要设定。循环方案是我们必须解决关于次一定量的时候,每个过程都必须执行。它通常使用相同的实现优先级为简单起见。如果任务有一个相对平等的重要性,那么循环效果更好,因为所有的任务得到一个更好的机会得到运行;我们避免最低优先级的任务的情况很少会跑,因为似乎有另一个任务有更高的优先级。想象一下我们需要读取数据的来源。

基本上,他们都很重要,所以我们可能会选择这个方案。在固定优先配屋计划,每个主人都是程序有自己的优先级。

二世。总线仲裁

仲裁者块SoC共享总线通信中发挥了重要的作用。大师在SoC总线可以同时发出请求,因此仲裁者需要决定哪些主总线访问。在许多应用程序中,主人可能实时和/或带宽要求请求。一个master with a real-time requirement demands its transactions accomplished within a fixed number of clock cycles. On the other hand, a master with a bandwidth requirement must occupy a fixed fraction of total bandwidth of a bus. The arbitration algorithm could be implemented in a centralized or a distributed fashion. In a centralized arbitration scheme, the master side of the arbitration protocol instantiated in each master communicates with the slave side of the arbitration protocol instantiated in an additional arbiter component attached to the bus. In a distributed arbitration scheme, there is no slave side of the arbitration protocol and the master sides of the protocol in each master regulate accesses among themselves.Bus Arbiter plays a vital role in handling the requests from the master and responses from slave (like Acknowledgement signal, Retry, etc). The available arbitration protocols strive to optimize the contentions arising while different masters issue the request for using the bus at the same time. The arbitration algorithms must also be in an optimized manner to handle the contingencies. The main objective of arbitration algorithms is to ensure that only one master has access to the bus at any given time, all the other masters are forced to remain in the idle state until they are granted the use of the bus.The power utilized by the arbitration technique in different on-chip communication tends to varysignificantly for a particular application. Thus it makes the comparison of arbitration algorithms a vital step in the SoC design.

三世。总线仲裁者的框图

上述Fig.3.1显示了总线仲裁的基本框图。这里为了简单起见我们正在考虑只有四个请求。输入到总线的仲裁者

Req0 -请求信号处理器产生1

Req1从处理器生成2 -请求信号

Req2从处理器生成3 -请求信号

Req3从处理器生成4 -请求信号

时钟,时钟信号

Rst -复位信号

输出的仲裁者

Gnt0 -格兰特信号处理器1为了获取cpu执行数据转移

Gnt1 -格兰特信号处理器2为了获取cpu执行数据转移

Gnt2 -格兰特信号处理器3为了获取cpu执行数据转移

Gnt3 -格兰特信号处理器4为了获取cpu执行数据转移

四、逻辑图4 x4总线仲裁者块

循环通行令牌总线或仲裁者保证公平(没有饥饿)在大师和允许任何未使用的时隙分配的主循环将是后来但谁是准备好了。可靠的最坏预测等待幸福的另一个优点是循环协议。最坏的等待时间正比于数量的请求者- 1。循环的通行令牌总线的协议或开关仲裁者工作如下。在每一个周期,一个大师(循环顺序)具有最高的优先级(即。,拥有令牌访问共享资源。如果token-holding大师不需要的资源在这个周期中,主与下一个最高优先级可以授予资源发送请求,然后最高优先级主令牌传递到下一个主循环顺序。BA处理四个请求生成。图4显示了英航框图四总线主人。生成一个英航,循环赛仲裁者发生器(布)作为输入的数量大师和产生synthesizable Verilog代码在RTL级。生成的英航由D触发器,优先级逻辑块,一个位环形计数器和M-input或盖茨如图4所示,M = 4。一个

的优先级输入放置在降序从[0][3]的优先级逻辑块(优先级逻辑0到3)如图5所示,在[0]最高优先级,在[1]第二优先级,等等。实现一个英航,我们采用令牌概念从令牌环网络。占有令牌允许启用优先级逻辑块。因为每个优先级逻辑块有一个不同的顺序输入(请求信号),请求信号随选择的优先级优先级逻辑块。4比特的令牌实现环形计数器,如图5所示。环形计数器的输出(四位)作为使信号优先级逻辑块。因此,只有一个启用优先级逻辑块可以断言一个格兰特的信号。应答信号总线仲裁者由D触发器推迟了一个仲裁周期如图5所示。延迟应答信号将环形计数器的触发,环形计数器的内容一点旋转。因此,令牌钻头旋转左每个周期,4 'b1000旋转图5中4 'b0001和令牌被初始化为一个重置阶段(例如,4 'b0001四位环形计数器),所以只有一个' 1 '环形计数器的输出。 In the round-robin algorithm, each master must wait no longer than (M- 1) time slots, the period of time allocated to the chosen master, until the next time it receives the token (i.e., highest priority). The assigned time slot can also be yielded to another master if the owner of the time slot has nothing to send. This protocol guarantees a dynamic priority assignment to bus masters (requestors) without starvation.

V。状态图对总线的仲裁者

状态图模型用于建模活性或事件驱动的嵌入式系统的处理行为依赖于状态转换。模型描述系统行为与“状态”,“事件”,“行动”和“过渡”。状态表示现状。一个事件是一个输入的状态。状态转换的事件作为刺激。运动从一个状态转换到另一个地方。行动是一个活动执行的状态机。这里我们只考虑两个主人是总线访问的请求。它由三个州

•闲置

•Master1

•Master2

areq0 & areq1分别从master1 & master2生成的请求。如果master1请求cpu访问然后areq0设置为一个& areq1信号是被迫处于闲置状态。状态转换的master1发生闲置master1状态。完成后数据传输如果以防areq1设置需要从master1 master2的过渡。如果不设置areq1然后从master1过渡到空闲状态发生。如果master2请求cpu访问然后areq1设置为一个& areq0信号是被迫处于闲置状态。状态转换的master2发生闲置master2状态。完成后数据传输如果以防areq0设置需要从master2 master1的过渡。如果不设置areq0然后从master2过渡到空闲状态发生。如果两个主人的请求我。e, areq0 = 1 & & areq1 = 1然后它取决于内部信号消除。 If rid signal is set 00 then master1 gets the access. If rid value is set to 01 then master2 gets the access.

VI。提出仲裁者的设计

拟议的仲裁者设计即真正Time_Staticpriority (RT_SP) realTime_Roundrobin。拟议中的rbiter设计即真正Time_staticpriority (RT_SP) Real_Time_Staticpriority (RT_SP) RealTime_Roundrobin (RT_RB),两级动态调度器和三级动态调度器将在本节中讨论。

答:RealTime_Staticpriority (RT_SP)

RT_SP提出的主要目的是减少饥饿问题出现在传统的静态优先级算法在交通拥挤状况。提出RT_SP,三种方法建模,以确保低饥饿沉重的交通状况。

. 1。RT_SP方法我

在这种方法中,完成以下步骤:

1。大师进行分类根据其优先级。

2。常见的警戒线值初始化。

3所示。从主人发出请求。

4所示。静态优先级算法授予最高优先级的主人。

5。警戒线值检查。如果限制是没有达到最高优先级主继续它的数据传输。但如果达到极限,比较剩余的挂起的请求从大师。

6。现在,最高优先级请求挂起的请求被批准。

7所示。同样,基于静态优先级的拨款系统是紧随其后

8。重复步骤4和5,直到没有任何请求发出的主人。当没有请求处理仲裁过程停止。

常见的警戒线:-这个警戒线的目的是考虑的低优先级的大师在等待状态,得到批准后一个特定的请求数量。最初的值设置常见的警戒线。这个值将从指定值递减每次“授予”生成的静态优先级算法。

由信用证。RT_SP方法二

方法二和方法三步骤类似的方法我只和设置warningline方式各不相同。在这种方法中二,每个主人都有一个单独的警戒线。所以,当一个主已达到警戒线限制将立即授予公共汽车,当前事务完成后。每个主人都可以指定一个不同的值的警戒线。

出具。第三RT_SP方法

在这种方法中每个主人都有一个单独的警戒线。请求,每当主人问题设置警戒线等待特定的时间里,主人被授予的信号。一旦等待timeexceeds极限,这一特别的主人就grantedimmediately当前事务getscompleted之后。

实时b _轮循(RT_RB)

该算法的主要目的是消除现有的轮循\算法的效率低下。现有的轮循仲裁者的缺点是,它授予问题即使大师没有发送任何请求。因此,总线周期将被浪费。但是这个模型将问题格兰特只要求主人循环赛的方式。框图见Fig.5.1 RT_RB仲裁者。仲裁者在以下方式:

1。大师的问题他们的请求。

2。主人的请求将使第一个或门和或门问题的高的输出信号。

3所示。将输出信号和操作请求信号的主1 (Req1)。

4所示。如果请求从Master1存在,即Req1很高,然后给予Master1发行。

5。直到接收到应答信号的奴隶,格兰特信号下一个主人,主人2是暂停。

6。Ack的到来后信号与Req2和运营。如果输入都高,那么Andgate给予Master2信号问题。Master2已经完成了转会之后,格兰特是Master3发行。Master3已经完成了转会之后,格兰特是Master4发行。因此,仲裁者赠款thebus大师以循环方式。

7所示。如果请求不存在主,然后给予信号给下一个主人的顺序(通过逆变器的输出Andgate)。

RT_RB的优点如下:

•结构简单

•格兰特连续信号之间的延时球员面积和功耗很低。

•删除现有的缺点循环赛的仲裁者

七世。仿真结果

轮循总线的仿真仲裁者使用Xilinx(软件)。下面的数字显示了模拟结果的截图上面的代码如下图所示。

主总线仲裁者访问总线发送请求,如果公共汽车是免费的访问,那么它将授予信号发送回的主人。因此请求和格兰特信号将会很高,其余的将在空闲状态(在四主总线三将在空闲状态)。

VIII.CONCLUSION

在这个我们已经讨论了设计和pre-layout仿真用verilog循环赛总线的仲裁者。仲裁者提供了非常简单的系统架构和线延迟的延迟非常小。在一个多处理器系统级芯片(SoC)环境中,硅CMOS芯片设计应考虑仲裁者需要共享资源(即解决冲突。、公共汽车或等价的沟通渠道)在多个总线主人(e。g,处理器)。在总线系统中,处理器可以停滞不前,因为总线冲突。因此,需要高性能的仲裁者来解决总线之间的竞争总线主人;如此快的仲裁者还可以减少处理器停滞时间通过缩短仲裁延迟。因为round robin仲裁者的缺点是关键数据传输可能需要等待很长一段时间才能进行,可以组合两个仲裁仲裁方案计划创建一个两层,两层TDMA / RR仲裁方案。这是一个组合的两个方案的优点。在这个方案中,TDMA仲裁计划分配时间槽各种大师。如果主人没有任何数据传输在时间槽,二级循环方案选择另一个主人授予总线访问权。 Such a scheme thus enables better utilization of the bus, compared to the TDMA and RR scheme.

引用

v . j . e . s . Shin穆尼三世,g·f·莱利,“循环仲裁者设计和代,”乔治亚理工学院,亚特兰大,乔治亚州,GIT-CC-02-38技术报告,2002年,可用HTTP: http://www.cc.gatech.edu/tech_reports
“设计和代循环仲裁者”国际研讨会上的程序系统合成,第248 - 243页,2002年10月。
一篇关于“设计和分析动态可配置的总线soc仲裁者”了。HemaChitra P.T.Vanathi。
“系统级芯片VERIFICATION-Methodology和技术”PrakashRashinkar,彼得•帕特森Leena辛格Kluwer学术出版商。
亚历克斯·a·阿拉“仲裁算法对多端口存储器系统”,IEICE电子表达、No2卷,No.19, 488 - 494年,2005年10月。
Bu-chung Lin Geeng-Wei Lee Juninn Dar黄和Jing-Yang周素卿、“精确的带宽控制仲裁算法实时SOC巴士”,DAC 2007年,页165 - 170。
KanishkaLahiri和AnandRaghunathan Lotterybus: soc设计的新的高性能的通信架构”,DAC 2001年6月在18到22岁,2001年,ACM,美国。
马西莫孔蒂,马可·加达,乔凡尼B。克劳迪奥·Turchetti Vece,西蒙Orcioni,
“性能分析不同的AMBA AHB总线仲裁算法,“DesignAutomation会议(DAC的41 stvolume 04), 2004年,问题,2004页:618 - 621