Шинный арбитраж: предпосылки введения, схемы приоритетов.
Суть арбитража: выбор устройства, которому будет предоставлена шина, если количество запрашивающих устройство больше 1.
Для предотвращения конфликтов при работе нескольких устройств с одной шиной предусматриваются:
- механизмы арбитража запросов;
- правила предоставления шины одному из запросивших устройств.
Обычно: решение принимается на основе приоритетов, присваиваемых каждому потенциальному ведущему.
Схемы арбитража: централизованные и децентрализованные.
Схемы приоритетов:
- неизменные (статический приоритет) – выскооприоритетное устройство захватывает шину;
- изменяемые (динамические) – равнодоступность*.
Шинный арбитраж: алгоритмы динамического изменения приоритетов.
Обычно: приоритеты меняются после каждого цикла арбитража.
Алгоритмы:
- простая циклическая смена приоритетов - все запросы упорядочиваются в виде циклического списка. После обработки очередного запроса: все приоритеты понижаются на один уровень; устройство, имевшее низший уровень приоритета, получает наивысший приоритет.
- циклическая смена с учетом последнего запроса: после обработки очередного запроса: обслуженному ведущему назначается низший уровень приоритета; следующее в списке устройство получает высший приоритет; остальным устройствам приоритеты назначаются в убывающем порядке, согласно списку.
- смена по случайному закону: приоритет присваивается с помощью генератора псевдослучайных чисел (ПСЧ);
- схема равных приоритетов – каждое из устройств, подавших запрос, имеют равные шансы на обслуживание. Конфликт разрешается арбитром. Обычно: в асинхронных системах;
- LRU (алгоритм наиболее давнего использования): наивысший приоритет присваивается ведущему, которое дольше всего не получало шину.
«Гибридные алгоритмы» смены приоритетов (смена приоритетов не полностью динамическая, т.к. смена приоритета не после каждого цикла арбитража)
- алгоритм очереди FIFO – сложен в аппаратной реализации, редко используется;
- алгоритм фиксированного кванта времени: каждому устройству – одинаковый временной промежуток для работы с шиной. Обычно: для синхронных шин.
Централизованный параллельный и многоуровневый арбитраж шины.
При централизованном арбитраже в системе присутствует устройство – центральный арбитр ЦА (центральный контроллер шины), принимающее решение какому из запросивших устройств предоставлять шину.
На рисунке сигналы: ЗШ – запрос шины, ПШ – предоставление, ШЗ – занятие шины.
Получив запрос от ведущего, приоритет которого выше, чем у текущего j, арбитр:
- снимает сигнал ПШj на входе текущего ведущего;
- выдает сигнал ПШ запросившему ведущему.
Текущий ведущий, в ответ на снятие арбитром сигнала ПШj, снимает свои сигналы ШЗ и ЗШj. Запросивший ведущий принимает управление шиной. Если в момент пропадания сигнала ПШ на шине происходит передача информации, текущий ведущий сначала завершает передачу и лишь после этого снимает свои сигналы.
Свойства схемы централизованного арбитража:
+ гибкость – любые варианты статических и динамических приоритетов;
+ быстродействие – благодаря наличию прямых связей между ЦА и ведущими;
- стоимость реализации из-за непосредственных связей;
- затруднено подключение дополнительных устройств (макс. число ведущих ≤ 8);
- затруднена диагностика – сигналы запроса и подтверждения присутствуют на индивидуальных линиях и не появляются на общих.
Многоуровневый арбитраж:
Дополнительные уровни арбитража могут вводиться при большом количестве возможных запросов. Пример: два уровня:
- все возможные запросы разбиваются на группы;
- каждая группа анализируется своим арбитром первого уровня; каждый арбитр первого уровня выбирает запрос, имеющий в данной группе наивысший приоритет;
- арбитр второго уровня отдает предпочтение среди арбитров первого уровня, обнаруживших запросы, имеющему наивысший приоритет.