| PCI（Peripheral Component Interconnect）總線是現(xiàn)今最為流行的工業(yè)控制總線之一。它廣泛地應用在計算機中,并且由于眾多廠商對PCI的良好支持,使得目標嵌入式設備中的很多解決方案都包含了PCI總線。在多主設備的PCI系統(tǒng)應用中,必須對各個主設備提供仲裁授權信號。很多廠家有針對性地發(fā)布了PCI仲裁邏輯的專用芯片或者集成了PCI重載邏輯的專用芯片,但使用不夠靈活,為了使PCI設備能夠更方便地應用在嵌入式系統(tǒng)中,本文介紹了一種基于CPLD（復雜可編程邏輯器件）的PCI總線仲裁器的設計方法,此方法可以為系統(tǒng)量身定制適合于系統(tǒng)本身的PCI總線仲裁器。而不必局限于特定的芯片要求,在體積、功能、成本等諸多方面都有很好的應用前景。
1 PCI總線仲裁簡介 1.1 PCI總線的仲裁原理
PCI總線是一種共享式的總線,可以連接多個主設備,但由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫氄夹?每一時刻只能由一個主設備占用總線。因此,為了有效地利用PCI總線寬帶,必須設置一個總線仲裁器,按照一定的算法協(xié)調系統(tǒng)中各個主設備的操作。
每個具備主設備功能的PCI設備必須提供兩個與仲裁有關的信號：REQ＃和GNT＃。其中REQ＃為請求總線信號,由需要發(fā)起PCI傳輸事務的設備發(fā)出,GNT＃為總線授權信號,由PCI總線仲裁器裁決后給出,接到GNT＃信號的PCI設備將在下一次總線空閑后開始操作。
PCI總線仲裁的裁決過程可以在PCI傳輸期間完成,并不占用PCI總線的寬帶,這稱為隱式仲裁,即需要發(fā)起PCI操作的設備可以隨時發(fā)出請求REQ＃,PCI仲裁器立即批準該請求被給出GNT＃,但是真正的傳輸操作一定要等到當前傳輸完成,即總線空閑后才可以開始,圖1描述了PCI總線設備與仲裁器的關系。
1.2 PCI總線仲裁規(guī)則約定
（1）仲裁器的仲裁算法必須保證所有的設備都能得到授權的機會,否則將會出現(xiàn)某個優(yōu)先級低的設備永遠不能占有總線進行事務操作的情況。
（2）如果FRAME無效,GNT可以在任意時間撤銷,以便服務于另一個主設備或者作為對主設備車REQ的響應。
（3）如果GNT信號被撤銷但FRAME有信號,當前的總線正在傳輸數(shù)據(jù),則操作合法。
（4）如果總線不處于空閑狀態(tài),則允許一個GNT的撤銷和另一個GNT的發(fā)生在同一個周期,如果處在空閑狀態(tài),則要求一個GNT撤銷到下一個GNT的發(fā)出之間必須有一個時鐘周期間隔,否則可能會在AD線和PAR線上出現(xiàn)沖突。
（5）GNT信號的每次發(fā)出,只限于相應的總線主控器可以使用總線進行一次總線操作（一個FRAME發(fā)出到撤銷）,如果該主控器需要多次總線訪問,它可以保持REQ信號一直有效。仲裁器會按照特定的仲裁算法來決定是否仍判給該主設備。
（6）一個主控器可以在任意時刻撤銷其REQ信號,REQ信號一旦撤銷,仲裁器將認為該設備不再請求使用總線,因而撤銷其GNT信號（參考上文（1））。如果一個主控器只希望做一次總線傳輸,則它應當在發(fā)出FRAME的同一時鐘周期撤銷REQ。
（7）如果當前的主控器在它的GNT信號發(fā)出后,持續(xù)16個空閑周期還沒有開始總線操作,則仲裁器視其為超時,仲裁器可以在任意時刻撤銷GNT信號,以便服務于另一個設備。
1.3 PCI總線仲裁的算法
目前,應用于PCI總線仲裁的算法主要有固定優(yōu)先級算法和動態(tài)優(yōu)先級算法兩種,在固定優(yōu)先級算法中,各個設備的優(yōu)先級是事先確定好的,仲裁器針對事先設定好的優(yōu)先級為每個設備分配使用權。這種算法的缺點是：一旦PCI總線事務非常繁忙,優(yōu)先級高的設備會占有總線不放,將導致優(yōu)先級低的設備無法申請到總線。可見這是一種并不公平的算法,只適用于總線利用率非常低的情況,動態(tài)優(yōu)先級算法是在每次仲裁授權后動態(tài)改變各個設備的優(yōu)先級。在保證每個設備都有機會獲得總線的情況下,優(yōu)先級改變的算法可以是各式各樣的。最常用的是循環(huán)優(yōu)先級算法,即每次仲裁授權后將排隊中的設備優(yōu)先級加1。因其算法簡單,且對大部分應用都十分有效。本設計采用循環(huán)優(yōu)先級算法。
1.4 總線停靠
當PCI總線空閑時,一個設備從申請總線到被授權使用,最小也需要2個時鐘周期,這對于PCI總線是一種浪費。因此仲裁器通常選中一個最經(jīng)常占用總線的設備,PCI總線空閑時將GNT＃賦予它,這叫做總線停靠。當總線空閑時,該設備需要占用總線時可馬上得到批準。
2 雙主設備PCI總線仲裁器的實現(xiàn)
下面描述了一個具有兩個設備的總線仲裁器的硬件實現(xiàn),其一為TriMedia嵌入式DSPCPU PNX1300,其二為Intel i82559網(wǎng)絡控制器,系統(tǒng)結構如圖2所示。
該仲裁器的接口信號如表1所示。
|
66821730(技術支持)
