19. Обмен информацией между элементами в микропроцессорных системах. Арбитр магистрали

Обмен данными в микропроцессорной системе может быть параллельным или последовательным.

Параллельный обмен может быть реализован синхронным или асинхронным способом.

Синхронная передача данных подразумевает присутствие синхронизирующего сигнала, с помощью которого четко определяются моменты времени чтения и записи данных. Простейшая подсистема синхронного параллельного обмена должна обеспечить лишь дешифрацию адреса ВУ и электрическое подключение его данных к системной шине данных по соответствующим управляющим сигналам.

Параллельный асинхронный обмен на базе буферных регистров:

При обращении процессора (он в подобных циклах играет роль активного устройства) к устройству ввода адрес соответствующего регистра помещается процессором на шину адреса и формируется управляющий сигнал IOR. Дешифратор адреса, включающий и линию IOR, при совпадении адреса и управляющего сигнала активизирует выходные линии регистра и его содержимое поступает по шине данных в процессор.

Аналогично идет обращение процессора к устройству вывода.

Совпадение адреса устройства на шине адреса с активным уровнем

сигнала IOW обеспечивает «защелкивание» состояния шины данных в регистре вывода.

Последовательный обмен также может быть реализован синхронным или асинхронным способом.

При синхронном способе передатчик генерирует две последовательности — информационную TxD и синхроимпульсы CLK, которые передаются на приемник по разным линиям. Синхроимпульсы обеспечивают синхронизацию передаваемых битов, а начало передачи отмечается по-разному.

При организации внешней синхронизации сигнал начала передачи BD генерируется передатчиком и передается на приемник по специальной линии:

При организации внутренней синхронизации системы генерируют на линию данных специальные коды длиной 1 – 2 байта — символы синхронизации. Для каждого приемника предварительно определяются конкретные синхросимволы, таким образом можно осуществлять адресацию конкретного абонента из нескольких, работающих на одной линии. Каждый приемник постоянно принимает биты с линии RxD, формирует символы и сравнивает с собственными синхросимволами. При совпадении принятых символов с заданными для этого приемника синхросимволами последующие биты поступают в канал данных приемника. В случае реализации внутренней синхронизации между приемником и передатчиком .прокладывают. только две линии — данных и синхроимпульсов.

При асинхронном способе можно ограничиться одной линией — данных:

В каждый момент времени на магистрали допускается присутствие только одного активного устройства. В простейших системах в качестве активного устройства используется процессор, который и организует все управление магистралью. В сложных системах со многими активными модулями магистраль распределяется между ними в соответствии с приоритетными соглашениями. В современных вычислительных системах задача распределения магистрали возлагается на арбитра магистрали.

Арбитра магистрали характеризуют следующие параметры:

∙ число сигнальных линий;

∙ число обрабатываемых запросов;

∙ время реакции на запрос;

∙ тип синхронизации;

∙ алгоритмы выбора приоритета;

∙ способ реализации.

Алгоритмы выбора приоритета. В реальных системах на роль ведущего вправе 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. Решение принимается на основе приоритетов.

Каждому потенциальному ведущему устройству присваивается определенный уровень приоритета, который может оставаться неизменным (статический или фиксированный приоритет) либо изменяться по какому-либо алгоритму (динамический приоритет).

Наибольшее распространение получили следующие алгоритмы динамических приоритетов:

∙ простая циклическая смена приоритетов;

∙ циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса;

∙ смена приоритетов по случайному закону;

∙ алгоритм равных приоритетов;

∙ алгоритм наиболее давнего использования.

Способ реализации арбитража магистрали. Арбитраж магистрали делится на централизованный и децентрализованный.

При централизованном арбитраже в системе имеется специальное устройство — центральный арбитр, или центральный контроллер шины, — ответственное за предоставление доступа к шине только одному из запросивших устройств. Это устройство может быть самостоятельным модулем или частью процессора. Наличие на шине только одного арбитра означает, что в централизованной схеме существует единственная точка отказа. Интерфейсы с централизованным арбитражем отличаются пониженной надежностью, требуют отдельных линий запроса и разрешения доступа к магистрали для каждого модуля системы, но для их реализации не нужны большие аппаратные затраты.

При децентрализованном, илираспределенном арбитраже единый арбитр отсутствует. Каждое устройство содержит блок управления доступом к шине, и при совместном использовании шины такие блоки взаимодействуют друг с другом, разделяя между собой ответственность за доступ к шине. По сравнению с централизованным де-

централизованный арбитраж менее чувствителен к отказам претендующих на шину устройств.