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PCI总线仲裁器的设计与实现摘要：基于Altera的CPLD器件的PCI总线仲裁器设计，实现仲裁器的AHDL编程，并结合仿真结果对PCI总线的仲裁进行了论述。关键词：PCI仲裁器，CPLD，仿真PCI总线仲裁器通常是集成在PCI芯片组中。随着计算机应用的深入，尤其是嵌入式系统的不断发展，集成的仲裁器难以满足某些场合的应用。而采用CPLD技术实现的独立的PCI总线仲裁器，则较好的适应了这方面的需求。一﹑PCI总线仲裁机制PCI的仲裁是基于设备访问，而不是基于时间分配的。在任一时刻，总线上的一个主设备要想获得对总线的控制权，就必须发出它的请求信号，如果此刻该设备有权控制总线，总线仲裁器就使该设备的总线占用允许信号有效，进而获得总线的使用权。当有多个主设备同时发出总线控制请求时，就必须由仲裁器根据一定的算法判定，当前应该由哪个主设备获得控制权。二、仲裁算法常用的仲裁算法有：公平算法、循环算法等。本仲裁器设计采用的是循环算法，设备的优先级预先设定。目前的设计实现对四个PCI设备请求的仲裁，各设备优先级由高到低安排为：设备0设备1设备2设备3。系统启动伊始，没有设备使用PCI总线，也没有设备请求使用PCI总线，仲裁器总是设定设备0拥有总线控制权，即将总线停靠于设备0。此时设备0的PCIgntN是有效的。而在此之后，仲裁器总是指定PCI总线的最后一个使用者为总线的停靠设备。当有一个或多个设备提出拥有总线使用权的请求时，仲裁器将按照事先安排的设备优先级顺序逐一查询。对于只有一个设备请求的情况，该设备的请求将会马上得到响应；如果多个设备同时发出请求时，仲裁器裁定首先响应优先等级高的设备的请求，当此设备完成数据传输交出总线使用权后，再由优先等级低的设备使用总线。示意框图见图2。如果一个设备已获得总线使用权并且正在进行地址、数据传输时，比它优先级别高的设备也发出了占用请求，仲裁器将会撤销优先级别低的设备的总线占用信号，并把总线使用权交给优先级别高的设备，同时还要确保在任一时刻不会出现多个设备同时占用总线的情况。具体见仿真分析。三、编程设计与实现本设计使用AHDL语言，在MaxplusII上编译通过，并进行了仿真。1.仲裁器信号定义SUBDESIGNPCI_arb(--输入PCIclk：INPUT--PCI时钟Arbiter_rstN：INPUT--复位信号PCIreqN[3..0]：INPUT--总线占用请求信号frameN：INPUT--数据交易的启动或开始，主设备发出irdyN：INPUT--交易数据准备好，主设备发出--输出PCIgntN[3..0]：OUTPUT--总线占用允许信号)frameN和irdyN决定了总线的状态，只要两个信号中的一个有效，就表明总线上有数据通过，总线处于忙状态；当两个信号都无效时，则总线处于空闲状态。2.仲裁器状态机定义parb_sm:MACHINEOFBITS(PARB2,PARB1,PARB0)WITHSTATES(PARB_SLT0=0,--PCIgnt0#有效，设备0拥有总线使用权，总线空闲PARB_SLT0D=1,--PCIgnt0#有效，数据在总线上传输，总线处于忙状态PARB_SLT1=2,--以下类同PARB_SLT1D=3,PARB_SLT2=4,PARB_SLT2D=5,PARB_SLT3=6,PARB_SLT3D=7)；3.仲裁的实现由于采用循环算法，对每一个设备而言状态的变换都是相同的，下面仅以设备0的状态转换为例：CASEparb_smISWHENPARB_SLT0=IF(!frameN#!irdyN#frameN&irdyN&PARBtout4)THENIF(!PCIreqN1)THENPCIgntN1=GND;parb_sm=PARB_SLT1D;ELSIF(!PCIreqN2)THENPCIgntN2=GND;parb_sm=PARB_SLT2D;ELSIF(!PCIreqN3)THENPCIgntN3=GND;parb_sm=PARB_SLT3D;ELSEPCIgntN0=GND;parb_sm=PARB_SLT0D;ELSEPCIgntN0=GND;parb_sm=PARB_SLT0D;ENDIF;WHENPARB_SLT0D=PCIgntN0=GND;IF(frameN&irdyN)THENparb_sm=PARB_SLT0;ELSEParb_sm=PARB_SLT0D;ENDIF;为了避免AD线上和PAR线上出现时序竞争，一个设备的PCIgntN信号有效和另一个设备的PCIgntN的撤销，如果不是在总线空闲状态，则两者之间至少要有一个时钟的延迟。设计中，将每个设备占用总线的状态分为两部分，PARB_SLTx(总线空闲)和PARB_SLTxD(总线忙)；状态机不能从一个设备