[发明专利]一种片上总线仲裁器及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片上总线仲裁器，具体为一种基于博弈论的片上总线仲裁器。

背景技术

本发明符合Wishbone接口标准。Wishbone SoC接口结构是基于半导体IP核的重用设计，而提出的一种片上总线解决方案。它定义了IP核之间的标准数据传输，为IP核的连接提供一个通用的接口，从而有效地提高了系统的便携性和可靠性，缩短了系统的开发时间。在该拓扑结构下，每个IP核各自的运作相对独立，外部则通过Wishbone的接口实现互联以及信息的交换。Wishbone使用主/从部件的架构。每次的数据传输由主部件发起通信，从部件负责接受通信。

随着微电子技术的快速发展，同一芯片上集成了越来越多的功能模块，芯片内部各模块之间通过总线方式相互连接和通信。因此，片上总线仲裁架构作为影响片上通信效率的重要因素，也成为制约系统性能提高的瓶颈。如何设计一款高效的片上总线仲裁器件，解决主设备对总线资源的竞争冲突，成为了该问题的关键。设计一款高效的总线仲裁器，首先必须设计出来一种高效的仲裁算法，进而对其硬件实现便可设计出相应的仲裁器件。传统仲裁器的内部算法主要包括以下几种：

(1)固定优先级仲裁算法

固定优先级仲裁算法大量应用于现代总线中。在该仲裁方法中每个处理器访问共享资源的优先级是固定的，传输任务较重的主设备优先级相对较高，如果几个总线主设备同时申请总线使用权，优先级高的设备将获取控制权。这种仲裁算法的优点在于设计简单，面积消耗小。但是它缺乏对总线资源分配的控制，而且如果高优先级的主设备频繁发出请求，低优先级的主设备等待时间过长，容易造成“饥饿”现象。

(2)轮换优先级的仲裁算法

轮换优先级的仲裁算法中，各主设备的优先级并不是固定的，而是按顺序轮换的。该算法与时分复用结合，可以演化为基于时间片的轮换优先级仲裁算法。轮换优先级的仲裁算法的主要缺陷在于该算法下每个主设备的获得总线的概率是等同的，这样无法满足优先级要求高的主设备的性能，从而影响整个系统的性能指标。

(3)基于统计彩票的仲裁算法

由于以上两种算法下的每个主设备的地位是平等的，没有“饥饿”产生，但这对总线资源使用优先级要求高的主设备却是不利的。而基于统计彩票的仲裁算法的思想源于彩票的抽奖系统。该算法下的仲裁器产生一个伪随机数，而与该伪随机数匹配的彩票的竞争者将获得总线的使用权。但该算法的缺点为硬件设计较为复杂，用于历史记录的寄存器达2*M*M个(M为竞争者数目)。

(4)快速并行轮换算法

快速并行轮换算法在硬件的实现上得到改进，利用二叉树的搜索进行仲裁，在众多竞争者争用的情况下的能加快原本算法的执行速度。但由于它本质上还是轮换算法，所以它也有着轮换算法的缺点，即无法满足优先级要求高的主设备性能。

由于目前的总线仲裁算法还存在比较多的不足，基于对以上几种算法的优缺点的考虑，本发明提出了一种全新的总线仲裁算法思路并将其硬件实现，设计出一款高效的总线仲裁器件，以提高整个系统的运行速度。

发明内容

本发明需解决的问题是提供一种新型的总线仲裁器，该仲裁器能够有效的提高整个系统的运行速度，减少各个主设备的等待时间，从而提高整个系统的性能。

为解决上述技术术问题，本发明采用的技术方案是：一种片上总线仲裁器，包含效用计算模块A3，效用计算模块A3分别与主设备获得总线次数统计模块A2、主设备等待总线周期统计模块A1、比较授权模块A4相连；比较授权模块A4的指令输出端与主设备获得总线次数统计模块A2和主设备等待总线周期统计模块A1的指令输入端相连。所述的仲裁器件采用wishbone接口标准。

本发明还提供了上述总线仲裁器的处理方法，步骤为：(201)主设备等待总线周期统计模块A1统计主设备i当前已等待的周期数；(202)主设备获得总线次数统计模块A2统计当前主设备i过去已获得总线的次数；(203)效用计算器是根据效用函数进行计算，得出每个主设备i当前的效用；(204)比较输出器用于对比当前各主设备的效用，输出授权设备号。所述的处理理论是博弈论，其内部采用是博弈论的片上总线仲裁算法。