[发明专利]仲裁方法和仲裁器

说明书

技术领域

本发明涉及仲裁方法和仲裁器。

背景技术

交叉连接矩阵(crossbar)是一种将输入端口和输出端口互联的交换结构，仲裁是将尽量多的输入端口和输出端口匹配，分为集中式仲裁和分布式仲裁：集中式仲裁有一个中央仲裁器，受理所有输入端口向输出端口的请求，按优先或公平原则发出授权信号。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个输入端口都有自己的仲裁号和仲裁器，通过分配优先级仲裁号，获得输出端口的响应。

波阵(Wave Front)仲裁器是一种集中式仲裁器，可以在一个时钟周期内仲裁多个请求，获得多个输入端口向输出端口请求间的最大匹配。在申请号为200510034923.X的中国发明专利申请中可以找到有关波阵仲裁器的信息。

图1是一个七个输入端口和七个输出端口构成7×7波阵仲裁器的仲裁单元阵列的结构原理图，图中的仲裁单元阵列为格栅式和冗余式排列，一个方框表示一个仲裁单元，每个方框用(x，y)标识，称之为仲裁单元(x，y)，其中，x表示输入端口，y表示输出端口，仲裁单元(x，y)对输入端口x能否向输出端口y发送消息进行仲裁，例如，仲裁单元(6，1)表示对输入端口6向输出端口1发送消息的请求进行仲裁的仲裁单元。另外，为了便于说明，下面都以请求(x，y)表示输入端口x向输出端口y发送消息的端口请求。

图1中，虚线上的仲裁单元具有相同的优先级，称之为优先级组，在任何一个优先级组上的仲裁单元的输入端口和输出端口都互不相同，可以同时被选中而不会出现冲突。优先级指针所指向的优先级组为仲裁的最高优先级组，例如，图1中的优先级指针为PriorPt1，其指向的优先级组w1具有最高的优先级，当开始仲裁时，首先仲裁最高优先级组w1，然后仲裁次一级优先级组w2，以此类推，像波纹(wave)一样向下一级优先级组传递。为了达到公平性的要求，最高优先级组也不是固定的，也要向波纹一样传递，图1中的优先级指针为PriorPt1、最高优先级组是w1，那么下次仲裁时，优先级指针加1变为PriorPt2、最高优先级组就变为w2，......，当优先级指针为PriorPt6、最高优先级组是w6时，下次仲裁的优先级指针变为PriorPt0、最高优先级组就回到w0。这种将优先级指针轮流指向优先级组的方式通常称为“顺序轮转方式”。

波阵仲裁的基本规则是在每一行、每一列有且仅有一个仲裁单元被选中，举例来说，图1中，如果仲裁单元(1，0)被选中，那么与仲裁单元(1，0)同一行、同一列的其他仲裁单元(1，y)和仲裁单元(x，0)都不能被选中；当波纹移动到优先级组w2时，如果仲裁单元(1，0)和仲裁单元(0，1)都没有被选中，那么仲裁单元(1，1)才可能被选中。一个仲裁单元被选中还需要两个条件，一个是这个仲裁单元对应的输入端口有发消息的请求，另一个是这个仲裁单元对应的输出端口处于空闲状态。当一个仲裁单元(x，y)被选中，仲裁器发出仲裁响应给输入端口x，输入端口x在获得仲裁响应后向输出端口y发送消息。

波阵仲裁器是根据相邻单元之间的信息传播来仲裁，这种结构特性决定了只有当每个端口都被充分利用时，各个端口的公平性才能得以保证，公平性是指在一段足够长的时间内，多个输入端口能够向同一个输出端口发送消息的次数几乎相等，或者一个输入端口能够向多个输出端口发送消息的次数几乎相等。

然而，在端口没有全部被配置的情况下，不公平性的问题就会变得明显，举例来说，参考图1，在每个仲裁器的工作时钟周期内，仲裁器对输入端口的请求进行一次仲裁：

(1)第一次仲裁，优先级指针为PriorPt1，有请求(1，0)、请求(2，0)、请求(3，5)和请求(4，2)，仲裁后，请求(1，0)、请求(3，5)、请求(4、2)获得仲裁响应，输入端口1向输出端口0发送消息，输入端口3向输出端口5发送消息，输入端口4向输出端口2发送消息；请求(2，0)因请求(1，0)获得仲裁响应而不能获得仲裁响应。

(2)第二次仲裁，优先级指针变为PriorPt2，有请求(2，0)、请求(0，3)和请求(5，0)，仲裁后，请求(0，3)获得仲裁响应，输入端口0向输出端口3发送消息；由于输入端口1向输出端口0发送消息的时间会比仲裁的工作时钟周期长，请求(2，0)、请求(5，0)因输出端口0处于忙状态(接收输入端口1发送的消息)而不能获得仲裁响应。

(3)第三次仲裁，优先级指针变为PriorPt3，请求(2，0)、请求(5，0)仍因输出端口0处于忙状态而不能获得仲裁响应。