所謂固定優(yōu)先級算法，就是指PCI總線中各主控器的優(yōu)先級是事先確定好的，在仲裁器仲裁過程中固定不變；而循環(huán)優(yōu)先級算法則不同，各主控器的優(yōu)先級在仲裁器的仲裁過程中不是一成不變，而是根據(jù)一定規(guī)律發(fā)生變化的。表１給出了采用循環(huán)優(yōu)先級算法或固定優(yōu)先級算法時，PCI總線仲裁器中Ｎ個主控器的優(yōu)先級變化規(guī)律。
采用固定優(yōu)先級算法，可以對那些有重要數(shù)據(jù)傳輸、或有大量實時數(shù)據(jù)傳輸以及經(jīng)常需要占用總線的主設(shè)備賦予較高的優(yōu)先權(quán)，以便有效地利用PCI總線周期。固定優(yōu)先級算法的缺點是，它將規(guī)定每個PCI插槽的優(yōu)先級，這也就規(guī)定了接插卡的插放次序，從而造成了使用上的不便。另外，固定優(yōu)先級算法有時還會出現(xiàn)總線設(shè)備“撐死”和“餓死”的現(xiàn)象。相反，采用循環(huán)優(yōu)先級算法則可以克服這種“飽餓”不均的弊端。在循環(huán)優(yōu)先級算法中，由于其優(yōu)先級隨著每個總線周期動態(tài)地改變，各個設(shè)備在總線上的身份平等，獲得總線占用權(quán)的機會均等。所以，在一定意義上來說，優(yōu)先級循環(huán)是最公平的算法。循環(huán)優(yōu)先級的缺點是當處理某些設(shè)備的大批量實時數(shù)據(jù)時會造成效率的降低。正因如此，在實際中，常常將這兩種算法結(jié)合起來使用，以便構(gòu)成更為靈活的仲裁機構(gòu)。
５ 仲裁器的EPLD編程設(shè)計
下面以支持５個總線主控器的PCI總線仲裁器為例，給出采用Altera公司的EPLD進行功能實現(xiàn)的主要設(shè)計思路，其中，所用編程語言為Altera公司的AHDL語言。該仲裁器采用循環(huán)優(yōu)先級仲裁算法，且總線的缺省擁有者指定為最后一次使用總線的主設(shè)備。
5.1 PCI總線的狀態(tài)機
PCI總線的狀態(tài)機包括三種基本狀態(tài)：無任何總線請求（ＮＯ＿REQ）、等待周期（WAIT_CYCLE）和幀信號＿FRAME的撤消（FRAMEＤ）。其中，＿FRAME信號的撤消，意味著當前的總線操作將進入最后一個數(shù)據(jù)傳輸周期，此時，＿IRDY有效，一旦 ＿TRDY也有效最后一個數(shù)據(jù)傳輸周期就可完成。而判斷＿FRAME是否撤消的具體方法就是判斷＿FRAME是否出現(xiàn)從低到高的上跳變。圖２所示即為PCI總線的狀態(tài)機。圖中，TIME_OUT為從＿GNT發(fā)出到＿FRAME變?yōu)橛行试S的PCI總線周期數(shù)。
5.2 PCI總線仲裁器的狀態(tài)機
由于此仲裁器最大支持５個PCI總線主控器，所以，需定義５個狀態(tài)Master0、Master1、 Master2、Master3、Master4用來區(qū)分當前是哪一個主控器占用總線。至于仲裁器的仲裁狀態(tài)什么時候應(yīng)該發(fā)生變化則由總線狀態(tài)機的狀態(tài)決定，具體如下：當總線狀態(tài)機處于FRAMEＤ狀態(tài)，表明在最后一個數(shù)據(jù)傳輸周期結(jié)束后，它將釋放PCI總線，此時，仲裁器便可撤消對它的＿GNT信號，以便去服務(wù)于另一個主控器；當總線狀態(tài)機處于NO＿REQ狀態(tài)，此時，需要由仲裁器來指定一個缺省的總線占用者；當總線狀態(tài)機處于WAIT_CYCLE狀態(tài)，且允許該設(shè)備占用總線的時間限制已到（Timeout），這時仲裁器也將撤消對它的＿GNT信號，以便服務(wù)于其它的主設(shè)備。所以，若用 EnChange來代表允許仲裁器仲裁狀態(tài)發(fā)生變化的條件，則采用AHKL語言的具體編程如下：
EnChange=(EnCHstate ==FRAMED)#(eNchSTATE == no_req)#(TimeOut[]==TIME_OUT)
該仲裁器中，由于采用循環(huán)優(yōu)先級算法，仲裁器從每一種仲裁狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其它仲裁狀態(tài)的方法都是一樣的，所以，下面只給出了仲裁器的仲裁狀態(tài)為主控器1時向其它仲裁狀態(tài)的轉(zhuǎn)換機理（如圖３所示）。另外，若仲裁器在剛啟動時處于無效狀態(tài)，則強制狀態(tài)機在下一個時鐘轉(zhuǎn)換到 Master0態(tài)。
5.3 總線允許信號＿GNTi（低電平有效）的建立
在PCI對話中，由于＿FRAME 和 ＿IRDY決定著總線的忙／閑狀態(tài)。兩者之中只要有一個信號成立，總線就處于忙碌狀態(tài)；當兩個信號都無效時，總線才處于空閑狀態(tài)。所以建立＿GNTｉ的具體編程如下：
!＿GNTi=(GNTstate==Masteri)&GLOBAL(_PCIrst)&!MaskGNT;%式中,MaskGNT=_FRAME&_IRDY%
總之，本文介紹的PCI總線仲裁器，由于采用單片EPLD即可實現(xiàn)，所以它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、在線修改方便及升級容易等特點。目前，采用該仲裁器的PCI高速總線背板已應(yīng)用在我們研發(fā)的總線型高性能網(wǎng)絡(luò)交換機系列中。經(jīng)過近兩年的實際運行表明，仲裁器工作正常，性能穩(wěn)定可靠。
