总线仲裁的基本概念:同一时刻只能有一个设备控制总线传输操作,可以有一个或多个设备从总线接收数据。
将总线上所连接的各类设备按其对总线有无控制功能分为:
主设备:获得总线控制权的设备。
从设备:被主设备访问的设备,只能响应从主设备发来的各种总线命令。
为什么要仲裁?
总线作为一种共享设备,不可避免地会出现同一时刻有多个主设备竞争总线控制权的问题。
总线仲裁的定义:
多个主设备同时竞争主线控制权时,以某种方式选择一个主设备优先获得总线控制权称为总线仲裁。
总线仲裁分类:
集中仲裁方式(链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式)和分布仲裁方式
链式查询方式:
原理:
1.主设备发出请求信号;2.若多个主设备同时要使用总线,则由总线控制器的判优、仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主设备能使用总线;3.获得总线使用权的主设备开始传送数据。
优先级:离总线控制器越近的部件,其优先级越高、离总线控制器越远的部件,其优先级越低。
“总线忙”信号的建立者是获得总线控制权的设备
优点:
链式查询方式优先级固定。只需很少几根控制线就能按一定优先次序实现总线控制,结构简单,扩充容易。
缺点:
硬件电路的故障敏感,并且优先级不能改变。当优先级高的部件频繁请求使用总线时,会使优先级较低的部件长期不能使用总线。
计数器定时查询方式 :
原理::
当总线控制器收到总线请求信号时,判断总线空闲时,计数器开始计数,计数值通过设备地址线发向各个部件。当地址线的计数值与请求使用控制设备的地址一致时,该设备获得总线控制权。同时,中止计数器的计数及查询。
结构特点:用一个计数器控制总线使用权,相对链式查询方式多了一组设备地址线,少了一根总线响应线BG;它仍共用一根总线请求线。
优点:
1.计数初始值可以改变优先次序(计数每次从0开始,设备的优先级就按顺序排列,固定不变;计数从上一次的终点开始,此时设备使用总线的优先级相等;计数器的初值还可以由程序设置
2.对电路的故障没有链式敏感
缺点:
1.增加了控制线数;2.控制相对比链式查询相对复杂
独立请求方式:
原理:
当总线控制器按一定的优先次序决定批准某个部件的请求时,则给该部件发送总线响应信号。当总线上的部件需要使用总线时,经各自的总线请求线发送总线请求信号,在总线控制器中排队。
结构特点:每一个设备均有一对总线请求线和总线允许线
优点:
1.响应速度快,总线允许信号直接从控制器发送到有关设备,不必在设备间传递或者查询。2.对优先次序的控制相当灵活。
缺点:
1·控制线数量多:其中+1为BS线,其用处为,用于设备向总线控制部件反馈己经使用完毕总线。
2.总线的控制逻辑更加复杂
分布仲裁方式
特点:不需要中央仲裁器,每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和仲裁号,多个仲裁器竞争使用总线。
当设备有总线请求时,它们就把各自唯一的仲号发送到共享的仲裁总线上;每个仲裁器将从仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比较;如果仲裁总线上的号优先级高,则它的总线请求不予响应,并撤销它的仲裁号;最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。