總線仲裁的名詞解釋

　　系統(tǒng)中多個設(shè)備或模塊可能同時(shí)申請對總線的使用權(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者，在多個申請者同時(shí)提出總線請求時(shí)，以一定的優(yōu)先算法仲裁哪個應(yīng)獲得對總線的使用權(quán)。

　　總線仲裁就是在多個總線主設(shè)備的環(huán)境中提出來的。在多處理機(jī)系統(tǒng)中，每個處理機(jī)都可以作為總線主設(shè)備，都要共享資源，它們都必須通過系統(tǒng)總線才能訪問其它資源，總線也可視為是一種重要的公共資源。由于每個處理機(jī)都會隨機(jī)地提出對總線使用的要求，這樣就可能發(fā)生總線競爭現(xiàn)象。為了防止多個處理機(jī)同時(shí)控制總線，就要在總線上設(shè)立一個處理上述總線競爭的機(jī)構(gòu)，按優(yōu)先級次序，合理地分配資源，這就是總線仲裁問題。用硬件來實(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)總線請求，通過對分配過程的正確控制，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)立請求方式；

　?。?） 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BG串行地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達(dá)的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢；假如BG到達(dá)的接口有總線請求，BG信號便不再往下查詢，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，通過接口的優(yōu)先級排隊(duì)電路來實(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)： 對詢問鏈的電路故障很敏感，如果第i個設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，那么第i個以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。查詢鏈的優(yōu)先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請求時(shí)，優(yōu)先級較低的設(shè)備可能長期不能使用總線。

　?。?）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BR線發(fā)出總線請求。中央仲裁器接到請求信號以后，在BS線為“0”的情況下讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請求總線的設(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”開始，也可以從中止點(diǎn)開始。如果從“0”開始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤瑑?yōu)先級的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開始，則每個設(shè)備使用總線的優(yōu)先級相等。

　　計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來設(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)立請求方式

　　每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線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)備的請求信號。中央仲裁器中的排隊(duì)電路決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求，給設(shè)備以授權(quán)信號BGi。

　　獨(dú)立請求方式的優(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，用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次，對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可以通過程序來改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽（禁止）某個請求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求。

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

　　總線仲裁的分配技術(shù)

　　對總線仲裁問題的解決是以優(yōu)先級（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)先級技術(shù)──串聯(lián)、并聯(lián)和循環(huán)。

　　串聯(lián)優(yōu)先級判別法

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

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

　　并聯(lián)優(yōu)先級別判別法

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

　　循環(huán)優(yōu)先級判別法

　　循環(huán)優(yōu)先級判別方法類似于并聯(lián)優(yōu)先級判別方法，只是其中的優(yōu)先級是動態(tài)分配的，原來的優(yōu)先級編碼器由一個更為復(fù)雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先級在發(fā)出總線請求的那些模塊之間循環(huán)移動，從而使每個總線模塊使用總線的機(jī)會相同。

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