6.3.2. Системы арбитража шины

Система арбитража разрешает конфликты, возникающие при обращении к ней нескольких устройств одновременно. Принципиально возможны три схемы арбитража:

• централизованная с параллельным арбитражем (рис. 6.4,а);

• централизованная с последовательным арбитражем (рис. 6.4,б);

• децентрализованная (рис. 6.5).

Централизованная схема предполагает существования специального устройства – арбитра шины. Ведущие устройства У₀ … У_n-1 выдают запросы на предоставление шины. О текущем состоянии шины сигнализирует состояние линии "занято". Центральный арбитр в случае параллельного арбитража выдаёт индивидуальные сигналы предоставления шины (разрешения) каждому устройству при свободной системной шине. В случае последовательного арбит­ража сигнал предоставления шины выдаётся один общий, но он передаётся от одного устройства к другому. При этом можно учесть и приоритет ведущих устройств.

а)

б)

Рис. 6.4. Схемы параллельного (а) и последовательного (б) централизованного арбитража

Децентрализованный арбитраж не предусматривает существования центрального арбитра, но предусматривает существование контроллеров доступа к шине (КДШ) у каждого ведущего устройства У₀ … У_n-1. Каждому ведущему устройству присваивается уникальный уровень приоритета.

Рис. 6.5. Схема децентрализованного арбитража

Шины запросов состоят из нескольких линий. На шину запроса контроллер выставляет свой номер. Если сигнал "Занято" отсутствует, то устройство захватывает шину и выдаёт сигнал "Занято". Если сигнал "Занято" в момент запроса установлен, то устройство сравнивая уровни приоритета свой и конкурента решает вопрос о захвате системной шины: устройства с более низким приоритетом снимают свои запросы и переводят свои процессы в состояние ожидания.

6.3.3. Протоколы системной шины

Обмен данными по системной шине происходит по определённым правилам, называемым протоколом шины. Различают синхронный (рис. 6.6) и асинхронный (рис. 6.7) протоколы.

Синхронный протокол предусматривает тактовых импульсов (ТИ) в качестве импульсов синхронизации. Ведущее устройство (М – Master) в интервал времени t1 – t2 передаёт сигнал START, сигналы управления и адрес.

Рис. 6.7. Временная диаграмма синхронного протокола

В интервале времени t3 – t4 ведомое устройство (S – Slave) передаёт своё состояние, ведущее устройство – данные. Приём данных подтверждает сигнал "Подтверждение", переданный ведомым устройством. Разумеется, быстродействие устройств должно быть достаточно высоким, для того чтобы успевать реагировать на тактовые импульсы.

Рис. 6.5. Временная диаграмма асинхронного протокола

Асинхронный протокол (рис. 6.5) предусматривает синхронизацию работы устройств не тактовыми импульсами, а специальными сигналами состояния процесса. Буквами M и S обозначены действия ведущего и ведомого устройств соответственно.

Процесс обмена начинается в момент времени t1 передачей ведущим устройством сигнала управления и адреса. В момент t2 ведомые устройство сигналом "Состояние" сообщают, что они готовы к работе. В момент t3 ведущее устройство передаёт строб-импульс адреса, предписывая ведомым устройствам прочитать адрес. В момент времени t4 импульсом "Подтверждение адреса" вызванное ведомое устройство сообщает, что оно готово к работе.

В момент времени t6 передаётся сигнал управления, сообщающий, что будут затребованы данные. В момент времени t7 ведомое устройство сообщает, что данные выставлены, а в момент времени t8 передаёт строб данных, ограничивающий время чтения данных. В момент времени t9 ведущее устройтво сигналом "Подтверждение данных" сообщает, что данные прочитаны. По окончании этого сигнала процесс обмена данными завершается.