[发明专利]带决策存储的快速仲裁器

说明书

本发明涉及电子线路，特别是涉及实现各种高性能仲裁器实施例的改进方法和电路系统。

仲裁器是一种电路单元，它只允许两个竞争用户中的一个去访问被保护的过程。当只有一个用户请求访问时，它立即被授权访问。当用户结束该服务后，即作出服务结束的声明。即使在作出服务结束声明之前用户也可以在接收到授权信号之后的任意时刻发出第二次请求。第二位用户可以在任意时刻请求访问服务，但是如果第一位用户已经得到了访问服务的授权，则这样一个紧随其后的请求就要等到第一位用户作出服务结束的声明之后才能得到授权。如果两个用户几乎同时请求访问服务，那么将会有一位并且也只能有一位用户得到服务授权而另一位的请求将被延迟。在几乎是同时请求服务的情况，先授权何者访问的决策除了要考虑接收到请求的先后次序以外，还取决于其它一些因素，例如集成电路芯片上的温度梯度、制造条件等。在任何情况下，对哪一请求授于访问权的决策都将是明白无误的。

图1示出了5引线仲裁器100的引线端接口框图。两个引线端102和104分别接收输入请求信号R1和R2，而对应的引线端106和108分别产生输出授权信号G1和G2。该仲裁器采用跳变信号约定(transition signaling convention)，在该约定中，不管信号是上升沿还是下降沿，信号的跳变都载带有信息。采用这种类型传信方式的逻辑电路系统有时被称为事件逻辑，它只需检测和响应信号的跳变而不必理会信号跳变的方向。但是也可以采用其它的信号约定，例如脉冲信号方式。仲裁器100响应于其中一个或另一个请求输入引线端102或104上的跳变，并且最终在对应的授权输出引线端上输出跳变。仲裁器的关键之处是在某一时刻只输出一个输出授权，由此指示出选择了哪一个输入。连续响应后继请求输入的授权输出必须有所间隔，这借助第五输入端110(用D表示)上表示服务结束的跳变来实现。

图2的状态图示出了5引线仲裁器的工作方式及其环境。状态图包括构成立方体的8个状态，初始状态1用双层圆圈表示。立方体规范(cube specification)遵循下述规则：

1)除了对每个请求输入的初始请求以外，在该环境内只有当接收到对应的G1或G2信号之后才可以作出后继的R1和R2请求。

2)只有当接收到对应的R1和/或R2信号之后仲裁器才可以发出授权G1或G2。

3)除了初始授权以外，只有当第五引线端D上产生一个事件之后仲裁器才能发出另外的授权G1或G2。

4)该环境内必须对每个授权信号作出响应并在D上产生一信号。

规则1和2表明R1和G1交替进行并开始于R1，而R2和G2同样也是交替进行并开始于R2。规则3和4表明G1或者G2中的一个与D交替进行，并且开始于其中一个G信号。规则3要求仲裁器即使有两个请求也只能在D事件之间产生一个授权信号。这实际上意味着仲裁。但是在立方体规范中并没有规定怎样或者何时作出仲裁决策或者如何在冲突的请求之间作出选择。

符合“立方体”规范的仲裁器经常被称为“定序器”。其设计重点是授权信号G1或G2与服务结束信号D之间的关系。授权信号表示的是序列中连续的仲裁决策以响应服务结束信号D的动作。当仲裁器被称为定序器时，其“服务结束”引线端常常用文字“后继”标识，该引线端将环境已经做好接收下一授权准备的信息发送出去。

立方体规范对于发生冲突时定序器确定授权对象的方式并无规定，也无法对超时时装置的运作方式给以规定。因此各种延迟性质和决策判据的设计方案都可以符合立方体规范。已经提出了几种这样的设计方案。最简单的仲裁器遵循的是图2立方体规范直接字面上的解释。只有当接收到服务结束信号D之后这种装置才检测输入的请求信号并决定授权给哪一个请求信号。这样的装置只在图2的状态2、3和4下作出决策。状态2和3下作出的决策是直截了当的，但是状态4下的决策需要仲裁。这种类型的仲裁器在此称为“后决策”仲裁器。