17. Арбитраж на шине. Способы задания (смены) приоритетов. Виды арбитража. Примеры реализации.

Арбитраж на шине. Среди линий в любой шине предусматривается от 3 до 11 линий арбитража. Они необходимы для выбора одного из нескольких устройств, одновременно претендующих на доступ к шине.

Чтобы исключить конфликты, шина должна предусматривать определенные механизмы арбитража запросов и правила предоставления шины.

Решение обычно принимается на основе приоритетов устройств. Каждому потенциально ведущему устройству присваивается определенный уровень приоритета. Он может оставаться неизменным (статический/ фиксированный приоритет) или изменяться по какому-либо правилу (динамический приоритет).

Основной недостаток системы со статическим приоритетом: устройство с высоким приоритетом может заблокировать устройство с низким уровнем приоритета.

Система со статическим приоритетом реализуется проще, чем система с динамическим.

Система с динамическим приоритетом дает возможность всем устройствам получить доступ к шине.

Способы задания (смены) приоритетов:

1. Простая циклическая смена приоритетов Предполагает понижение всех приоритетов на уровень после очередного цикла арбитража. При этом устройство с низшим уровнем приоритета получает наивысший.

2. Циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса

После обработки очередного запроса обслуженному устройству назначается низший уровень приоритета. Следующее в циклическом списке устройство получает наивысший приоритет. Остальным устройствам приоритет назначается в убывающем порядке согласно списку.

3. Смена приоритета по случайному закону

После очередного цикла арбитража каждому устройству присваивается случайный приоритет, полученный с помощью датчика случайных чисел.

4. Схема равных приоритетов

Не выделяет отдельное устройство. Они имеют равные шансы на обслуживание. Конфликты разрешаются арбитром (механизм арбитража)

5. Алгоритм наиболее давнего использования

После каждого цикла арбитража наивысший приоритет присваивается устройству дольше всего не использующего шину.

Есть и другие способы: Алгоритм очереди (FIFO), алгоритм фиксированного кванта времени.

Схемы арбитража

Арбитраж запросов может быть организован по централизованной и децентрализованной схеме. Централизованный арбитраж предусматривает наличие специального устройства - центрального арбитра или центрального контроллера шины. Оно может быть частью центрального процессора или самостоятельным модулем. В зависимости от способа подключения выделяют параллельные и последовательные схемы арбитража.

• Параллельный централизованный арбитраж

• Центральный последовательный арбитраж

• Децентрализованный (распределенный) арбитраж

Примеры:

1. Параллельный централизованный арбитраж

Арбитр связан с каждым устройством двухпроводным трактом.

ЗШ_i - сигнал запроса шины

ПШ_i – представление шины i-му устройству

– сигнал занятия шины

Ведущие устройства связанны 2мя линиями с арбитром: по одной линии передается запрос от устройства, а по другой разрешение на предоставление шины и одна общая линия.

Текущий ведущий – устройство управляющее шиной в момент поступления нового запроса

Запросивший ведущий – устройство, выставившее запрос на управление шиной

Сигналы запроса ЗШ поступают на вход арбитра по индивидуальным линиям.

Ведущему с номером i, который был выбран арбитром, возвращается (по индивидуальной линии связи) сигнал предоставления шины ПШi.

Реально занять шину новый ведущий сможет лишь после того, как текущий ведущий снимет сигнал занятия шины . Текущий ведущий должен сохранять сигналы и ЗШ активными в течении 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 ПШ запросившему ведущему. Текущий ведущий, обнаружив снятие сигнала ПШ снимает сигналы и ЗШ. После чего запросивший ведущий может перенять управление шиной. Если в момент пропадания сигнала ПШ на шине происходит передача информации, текущий ведущий сначала завершает передачу и лишь потом снимает сигналы и ЗШ.

Логика выбора 1 из ведущих обычно реализована аппаратными средствами.