采用优先级自动切换仲裁单元的异步仲裁树电路的制作方法

本发明涉及集成电路领域，有多个请求的仲裁树电路，尤其涉及一种优先级自动切换仲裁电路。
背景技术：
：在传统的固定优先级仲裁电路中，当同时接收到多个请求，发生请求冲突时，仲裁器会根据预先设置的优先级，响应某个信号的请求，为其分配总线的使用权，其它请求信号则不被接受，成为无效请求。显然这是一种不公平的仲裁机制，一旦发生请求冲突，某些低优先级的请求信号总是处于无效状态，无法获得总线的使用权，这样是不合理的。总的来说这种传统的固定优先级仲裁电路的主要问题是不能均衡地响应一段时间内的请求信号。技术实现要素：为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种优先级能够自动切换的异步仲裁树电路，用以实现公平的仲裁机制，使得各个请求信号能够公平的被接受和应答，公平的获得总线的使用权。为此，本发明采用的技术方案是，采用优先级自动切换仲裁单元的异步仲裁树电路，树形仲裁结构，总共包括N个仲裁层级，仲裁级别由低到高，总共有2N个请求输入端口，2N个应答输出端口，2N-1个优先级自动切换的仲裁单元；仲裁单元的结构包括优先级选择单元、仲裁单元、请求传播单元和应答单元四个部分，输入信号包括nreq0、nreq1和nack，输出信号包括nack0、nack1和nreq，各部分逻辑功能及连接关系如下：⑴优先级选择单元：请求信号nreq0通过第1个反相器接入到第一个与非门作为输入，再通过3个反相器后接入到第1个与非门作为另一个输入，第1个与非门输出信号np0，请求信号nreq1以相同的方式产生信号np1；np0和np1经过一个或非门产生信号cp，cp触发D触发器，D触发器的输出经过第2个反相器接入到所述或非门输入，经过两个q信号反相器产生q信号，q信号和cp信号经过第一个与门产生ps信号，优先级选择单元的主要作用是接受请求信号nreq0和nreq1，产生nr0和nr1信号，并根据请求冲突的次数，输出ps信号，nr0、nr1和ps信号均作为后续仲裁单元的输入；nreq0、nreq1、nr0和nr1信号均为低有效，ps信号为高有效，np0、np1、cp和q信号是中间信号；当无请求冲突时，有两种情况：nreq0＝0，nreq1＝1或nreq0＝1，nreq1＝0；第一种情况下，第1个反相器的输出处为低电平，由于反相器存在时延，所述再通过3个反相器后接入到第1个与非门的连接处仍会保持高电平一段时间，nr0＝0有效，因此np0会产生一个低脉冲，但此时np1一直为高电平，所以cp＝0，D触发器无法触发，ps＝0，无效；同理，第二种情况下，nr1＝0有效，ps＝0，无效；当有请求冲突时，也有两种情况：奇数次冲突和偶数次冲突：当发生请求冲突时，np0和np1同时产生一个低脉冲，则cp信号会产生一个高脉冲，D触发器触发，由于反相器的存在时延，q信号的变化发生的cp信号之后，所以奇数次冲突时，ps＝0，无效，偶数次冲突时，ps＝1，有效；⑵仲裁单元：信号nr0和nr1各自经过一个仲裁单元反相器接入到RS触发器上，RS触发器中的一个与非门是三输入的，nr1和ps都是它的输入；仲裁单元的主要作用是接受优先级选择单元产生的nr0，nr1和ps信号，产生nx0和nx1信号，作为后续应答单元的输入；仲裁单元真值表如表一所示；发生冲突时，nx0＝0，则表示请求信号nreq0的优先级更高；nx0＝1，则表示请求信号nreq1的优先级更高；即奇数次冲突时，请求信号nreq0的优先级更高；偶数次冲突时，请求信号nreq1的优先级更高；表一仲裁单元真值表nr0nr1请求冲突psnx0nx111无01101无00110无01000奇数次00100偶数次110⑶请求传播单元：请求信号nreq0和nreq1经过一个请求传播单元与门产生一个nreq信号；当请求信号nreq0和nreq1任意一个有效时，均会产生一个新的请求信号nreq，传递到高一级的仲裁中进行仲裁，有效时高一级仲裁会产生相应的应答信号nack，nack低有效；⑷应答单元：信号nreq0、nx0和nack信号经过一个三输入或门产生一个nack0信号；信号nreq1、nx1和nack信号经过一个三输入或门产生一个nack1信号；应答单元的主要作用是对于优先级更高的请求信号，产生相应的应答信号nack0或nack1，均为低有效；若nreq0的优先级更高，nreq0＝0时，nr0＝0，nack＝0，则nack0＝0；若nreq1的优先级更高，nreq1＝0时，nr1＝0，nack＝0，则nack1＝0；通过将上述这种优先级能够自动切换的仲裁单元总体上将前级输入请求信号nreq0和nreq1经过仲裁单元处理后产生后级请求信号nreq，相邻两个仲裁单元的请求信号再输入到下一级仲裁单元，作为两个输入请求信号；按照此方式逐级连接，直到最后一级，将最后一级的输出请求与输入确认信号nack短接在一起，用于反馈确认信号；确认信号nack经过最后一级仲裁单元，产生nack0和nack1两个输出确认信号，这两个信号分别连接到上一级的两个仲裁单元的确认信号输入端；按照此方式逐级连接，从而在第一级产生所需的确认信号。N＝16。本发明的特点及有益效果是：通过采用上述这种优先级能够自动切换的仲裁树电路，可以实现公平的仲裁机制，使一段时间内接受的请求信号尽可能的在各输入信号之间平均，从而使得各个信号获得同等的访问总线的机会。附图说明：图1输入仲裁树电路结构。图2仲裁单元结构。图3优先级选择单元结构。图4ps信号变化。图5仲裁单元。图6请求传播单元。图7应答单元。图8优先级选择单元工作时序图。具体实施方式本发明设计的是一种优先级能够自动切换的异步仲裁树电路。它采用的是树形仲裁结构，总共包括N个仲裁层级，仲裁级别由低到高。总共有2N个请求输入端口，2N个应答输出端口，需要2N-1个优先级自动切换的仲裁单元。仲裁树电路的核心是仲裁单元，仲裁单元的结构如图2所示。其主要包括优先级选择单元、仲裁单元、请求传播单元和应答单元四个部分，输入信号包括nreq0、nreq1和nack，输出信号包括nack0、nack1和nreq，各部分逻辑功能及连接关系如下：⑴优先级选择单元：其结构如图3所示，请求信号nreq0通过1个反相器接入到一个与非门作为输入，再通过3个反相器后接入到同一个与非门作为另一个输入，与非门输出信号np0。请求信号nreq1以相同的方式产生信号np1。np0和np1经过一个或非门产生信号cp，cp触发D触发器，D触发器的输出经过一个反相器接入到其输入，经过两个反相器产生q信号，q信号和cp信号经过一个与门产生ps信号。优先级选择单元的主要作用是接受请求信号nreq0和nreq1，产生nr0和nr1信号，并根据请求冲突的次数，输出ps信号。nr0、nr1和ps信号均作为后续仲裁单元的输入。nreq0、nreq1、nr0和nr1信号均为低有效，ps信号为高有效，np0、np1、cp和q信号是中间信号。当无请求冲突时，有两种情况：nreq0＝0，nreq1＝1或nreq0＝1，nreq1＝0。第一种情况下，1处为低电平，由于反相器存在时延，2处仍会保持高电平一段时间，nr0＝0有效，因此np0会产生一个低脉冲，但此时np1一直为高电平，所以cp＝0，D触发器无法触发，ps＝0，无效。同理，第二种情况下，nr1＝0有效，ps＝0，无效。当有请求冲突时，也有两种情况：奇数次冲突和偶数次冲突。当发生请求冲突时，根据前面的分析，可知np0和np1同时产生一个低脉冲，则cp信号会产生一个高脉冲，D触发器触发，由于反相器的存在时延，q信号的变化发生的cp信号之后，所以奇数次冲突时，ps＝0，无效，偶数次冲突时，ps＝1，有效。q，cp，ps信号的变化如图4所示。⑵仲裁单元：其结构如图5所示，信号nr0和nr1各自经过一个反相器接入到RS触发器上，RS触发器中的一个与非门是三输入的，nr1和ps都是它的输入。仲裁单元的主要作用是接受优先级选择单元产生的nr0，nr1和ps信号，产生nx0和nx1信号，作为后续应答单元的输入。根据图5的结构，我们可以很容易的得出它的真值表，如表一所示。发生冲突时，nx0＝0，则表示请求信号nreq0的优先级更高；nx0＝1，则表示请求信号nreq1的优先级更高。即奇数次冲突时，请求信号nreq0的优先级更高；偶数次冲突时，请求信号nreq1的优先级更高。这样就仲裁出了请求信号的优先级，并且可以自动的切换请求信号的优先级。表一仲裁单元真值表nr0nr1请求冲突psnx0nx111无01101无00110无01000奇数次00100偶数次110⑶请求传播单元：其结构如图6所示，请求信号nreq0和nreq1经过一个与门产生一个nreq信号。当请求信号nreq0和nreq1任意一个有效时，均会产生一个新的请求信号nreq，传递到高一级的仲裁中进行仲裁，有效时高一级仲裁会产生相应的应答信号nack，nack低有效。⑷应答单元：其结构如图7所示，信号nreq0、nx0和nack信号经过一个三输入或门产生一个nack0信号；信号nreq1、nx1和nack信号经过一个三输入或门产生一个nack1信号。应答单元的主要作用是对于优先级更高的请求信号，产生相应的应答信号nack0或nack1，均为低有效。若nreq0的优先级更高，nreq0＝0时，nr0＝0，nack＝0，则nack0＝0；若nreq1的优先级更高，nreq1＝0时，nr1＝0，nack＝0，则nack1＝0。通过将上述这种优先级能够自动切换的仲裁单元总体上将前级输入请求信号nreq0和nreq1经过仲裁单元处理后产生后级请求信号nreq，相邻两个仲裁单元的请求信号再输入到下一级仲裁单元，作为两个输入请求信号；按照此方式逐级连接，直到最后一级，将最后一级的输出请求与输入确认信号nack短接在一起，用于反馈确认信号；确认信号nack经过最后一级仲裁单元，产生nack0和nack1两个输出确认信号，这两个信号分别连接到上一级的两个仲裁单元的确认信号输入端；按照此方式逐级连接，从而在第一级产生所需的确认信号。该结构类似于树状结构，成为仲裁树。例如图1所示的仲裁树结构，就可以实现对16个输入信号的公平仲裁。本发明的核心是优先级能够自动切换的仲裁单元，其中优先级选择单元的工作时序如图8所示。通过合理的配置反相器的时延和反相器的个数，实现奇数次冲突时，请求信号nreq0的优先级更高；偶数次冲突时，请求信号nreq1的优先级更高。然后将2N-1个这样的仲裁单元配置成包括N个仲裁层级的仲裁树电路。具体是先配置两个层级的仲裁树，然后利用这种两个层级的仲裁树配置成三个层级的仲裁树，以此类推就可配置出包括N个层级的仲裁树电路，从而构成仲裁树。当前第1页1 2 3