 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Централизованный арбитраж
АРБИТРАЖ ШИН В реальных системах на роль ведущего вправе одновременно претендовать сразу несколько из подключенных к шине устройств. Однако управлять шиной в каждый момент времени может только одно из них. Чтобы исключить конфликты, шина должна предусматривать определенные механизмы арбитража запросов и правила предоставления шины одному из запросивших устройств. СХЕМЫ ПРИОРИТЕТОВ Каждому потенциальному ведущему присваивается определенный уровень приоритета. Он может оставаться неизменным (статическим или фиксированным) либо изменяться по какому-либо алгоритму (динамический приоритет) Основной недостаток статических приоритетов - устройства, имеющие высокий приоритет, в состоянии полностью блокировать доступ к шине устройств с низким уровнем приоритета. В системах с динамическими приоритетами реализуется принцип равнодоступности - каждому из запросивших устройств рано или поздно дают шанс получить право на управление шиной. Наибольшее распространение получили следующие алгоритмы динамического изменения приоритетов: простая циклическая смена приоритетов: после каждого цикла арбитража все приоритеты понижаются на один уровень, при этом устройство, имевшее ранее низший уровень приоритета, получает наивысший приоритет; циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса: все возможные запросы упорядочиваются в виде циклического списка. После обработки очередного запроса: обслуженному ведущему назначается низший уровень приоритета; следующее в списке устройство получает наивысший приоритет; остальным устройствам приоритеты назначаются в убывающем порядке, согласно их следованию в циклическом списке; В обеих схемах циклической смены приоритетов каждому ведущему обеспечивается шанс получить шину в свое распоряжение, однако большее распространение получил второй алгоритм. смена приоритетов по случайному закону: после очередного цикла арбитража с помощью генератора псевдослучайных чисел каждому ведущему присваивается случайное значение уровня приоритета. схема равных приоритетов: при поступлении к арбитру нескольких запросов каждый из них имеет равные шансы на обслуживание. Возможный конфликт разрешается арбитром. Такая схема принята в асинхронных системах. алгоритм наиболее давнего использования (LRU, Least Recently Used):после каждого цикла арбитража наивысший приоритет присваивается ведущему, который дольше, чем другие не использовал шину. Схемы арбитража Арбитраж запросов на управление шиной может быть организован по централизованной или децентрализованной схеме. Выбор конкретной схемы зависит от требований к производительности и стоимостных ограничений. Централизованный арбитраж При централизованном арбитраже в системе имеется специальное устройство - центральный арбитр (иногда называют центральным контроллером шины)— отвечает за предоставление доступа к шине только одному из запросивших ведущих. Может быть самостоятельным модулем или частью ЦП. Наличие на шине только одного арбитра означает, что в централизованной схеме имеется единственная точка отказа. В зависимости от того, каким образом ведущие устройства подключены к центральному арбитру, возможные схемы централизованного арбитража можно подразделить на параллельные и последовательные. В параллельном варианте центральный арбитр связан с каждым потенциальным ведущим индивидуальными двухпроводными трактами. Поскольку запросы к центральному арбитру могут поступать независимо и параллельно, данный вид арбитража называют централизованным параллельным арбитражем или централизованным арбитражем независимых запросов. Идею централизованного параллельного арбитража на примере восьми ведущих устройств иллюстрирует рис.1.
Рисунок 1. Общая схема централизованного арбитража
Здесь и далее под «текущим ведущим» будем понимать ведущее устройство, управляющее шиной в момент поступления нового запроса. Устройство, выставившее запрос на управление шиной, будем называть «запросившим ведущим». Сигналы запроса шины (ЗШ) поступают на вход центрального арбитра по индивидуальным линиям. Ведущему, который был выбран арбитром, также по индивидуальной линии возвращается сигнал предоставления шипы (ПШ). Реально же занять шину новый ведущий сможет лишь после того, как текущий ведущий снимет сигнал занятия шины (ШЗ). Текущий ведущий должен сохранять сигналы ШЗ и ЗШ активными в течение всего времени, пока он использует шину. Получив запрос от ведущего, приоритет которого выше, чем у текущего ведущего, арбитр снимает сигнал ПШ на входе текущего ведущего и выдает сигнал предоставления шины предоставления шины ПШ, запросившему ведущему. В свою очередь, текущий ведущий, обнаружив, что центральный арбитр убрал с его входа сигнал ПШ, снимает свои сигналы ШЗ и ЗШ, после чего запросивший ведущий может перенять управление шиной. Если в момент пропадания сигнала ПШна шине происходит передача информации, текущий ведущий сначала завершает передачу и лишь после этого снимает свои сигналы. Логика выбора одного из запрашивающих ведущих обычно реализуется аппаратными средствами. Если предположить, что приоритеты ведущих последовательно убывают с уменьшением их номера. Если текущим является ведущий 3, то шину у него могут перехватить ведущие с номерами 4 – 7, а ведущие 0 – 2 не могут. Ведущий 0 вправе использовать шину лишь тогда, когда она свободна, и должен освободить по запросу любого другого ведущего. Устройства арбитража, реализующие систему статических приоритетов, обычно выполняются в виде отдельных микросхем (например, SN74278 фирмы Texas Instruments), которые, с целью увеличения числа входов и выходов могут объединяться по каскадной схеме, но это ведет к увеличению времени арбитража. Схема централизованного параллельного арбитража: · очень гибкая – допускается использовать любые варианты динамической смены приоритетов; · обладает высоким быстродействием благодаря наличию прямых связей между центральным арбитром и ведущими; · непосредственные связи становятся причиной повышения стоимости реализации. Недостатки: · в схемах затруднено подключение дополнительных устройств (максимальное число ведущих при параллельном арбитраже не превышает 8); · сигналы запроса и подтверждения присутствуют только на индивидуальных линиях и не появляются на общих линиях шины, что затрудняет диагностику. Второй вид централизованного арбитража известен как централизованный последовательный арбитраж. В последовательных схемах для выделения запроса с наивысшим приоритетом используется один из сигналов, поочередно проходящий через цепочку ведущих, чем и объясняется другое название – цепочныйилигирляндный арбитраж. Очередной ведущий не может приступить к управлению шиной до момента ее освобождения. Центральный арбитр не должен формировать сигнал вплоть до этого момента. Цепочечная реализация предполагает статическое распределение приоритетов. Наивысший приоритет имеет ближайшее к арбитру ведущее устройство (устройство, на которое арбитр выдает сигнал). Далее приоритеты ведущих в цепочке последовательно понижаются. Основное достоинство цепочечного арбитража: простота реализации; малое количество используемых линий. Последовательные схемы арбитража позволяют легко наращивать число устройств, подключаемых к шине. Схеме, тем не менее, присущи существенные недостатки: · последовательное прохождение сигнала по цепочке замедляет арбитраж, причем время арбитража растет пропорционально длине цепочки. · статическоераспределение приоритетов может привести к полному блокированию устройств с низким уровнем приоритета (расположенных в конце цепочки); · не очень удобен в плане диагностики работы шины.
Поиск по сайту: |
