一种具有非等时传输结构的片上系统总线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于片上通信领域，尤其涉及一种具有非等时传输结构的片上系统总线。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路技术的发展，片上系统需求更多的处理器核、协处理器核以及更多 的片上外设。而且多媒体、通信等技术的快速发展，要求片上的各设备之间拥有高速、并行、 实时的通信方式。
[0003] 为了追求更高的传输速率，系统总线的频率在不断提高，但是因为多核、多外设等 更多的功能需求，即使在更精密工艺的支持下，芯片的面积也在不断的膨胀，这导致片上设 备传输时间与总线频率之间的矛盾。当前存在的多种总线系统，使用在大面积芯片中的高 频高带宽系统上时，若将数据进行流水式的传输，者将导致使用较多的流水线寄存器，消耗 大量资源；否则只能降低总线时钟频率，这样就影响总线整体的性能。
[0004] 如果只有一条数据总线，当两个设备进行数据通信时，其他设备如果希望对另一 个设备进行访问，虽然设备与设备之间并不冲突，但是该设备只能等待，或者允许更高优先 级的设备打断当前的通信。单数据总线限制了整个系统的数据吞吐量，对数据吞吐量要求 较高的系统需要多组设备之间同时进行通信：只要不是因为设备产生相关（例如两个主设 备同时访问一个从设备），就可以并行的进行通信。
[0005] 图1是现有技术的某个系统中片上设备的连接示意图，其中从设备0(从0)只能 由主设备0和主设备1访问，从设备1、从设备组2可以被所有主设备访问。从设备0、从 设备1和从设备组2可以并行得被三个不同的主设备访问。图中结构10即总线的简单示 意。总线的仲裁机制可以使高优先级的设备优先使用总线，于是较低优先级的设备就需要 等待。若没有适当的方式，当优先级较高的设备不断发出总线请求，低优先级设备会长时间 得不到总线的使用权。对于实时性要求较高的系统，例如通信系统，需要总线有能力保证一 个设备在指定的总线周期之内，获得总线的使用权。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的在于，提供了一种片上系统总线，特别是在大面积芯片上不同的主 从设备之间具有不同的传输时间（时钟周期），实现高速、并行、实时的设备间通信。
[0008] (二）技术方案
[0009] 本发明提供一种片上系统总线，用于主设备和从设备之间的通信，包括请求优先 级队列、仲裁器组、地址与控制信号选择器、互联网络及地址译码器；其中，
[0010] 主设备发送总线请求信号至地址译码器，并发送对应的地址信号和控制信号至地 址与控制信号选择器；
[0011] 所述地址译码器根据所述总线请求信号，向仲裁器组发送即时申请向量，同时将 所述即时申请向量发送至请求优先级队列；
[0012] 所述请求优先级队列将所述即时申请向量锁存，生成片选信号，并将所述片选信 号发送至所述互联网络，同时，生成队列申请向量发送至所述仲裁器组；
[0013] 仲裁器组根据申请信号发出仲裁结果信号给地址与控制信号选择器，地址与控制 信号选择器根据仲裁结果信号选择主设备的地址信号与控制信号，并传输至从设备；
[0014] 仲裁器组还发送仲裁结果信号至互联网络，互联网络根据仲裁结果信号选择主设 备至从设备方向的数据和握手信号，互联网络还根据片选信号控制从设备至主设备方向的 数据和握手信号。
[0015](三）有益效果
[0016] 1、本发明提供一种片上系统总线，在该总线中允许设备之间的传输周期不同，而 总线频率由其中传输时间较短的设备决定，传输距离多于一个总线周期的设备间路径由多 周期路径进行约束，使得以统一的总线形式，最小的硬件开销解决了在大面积芯片上总线 频率与设备间传输时间的矛盾，总线频率因此可以根据设计需求而更高；传输时间短的设 备之间可以以总线周期进行高速的数据传输；传输时间较长的设备之间的无需使用流水寄 存器以及总线代理，减少资源消耗。
[0017] 2、本发明提供的片上系统总线，给出了相应总线协议，该协议是单边沿的流水式 总线协议，该协议将总线申请、地址和控制信号的发送与数据的发送分在两个流水级进行 操作，关键是不需要额外的总线申请操作，在申请总线时给出地址和控制信号，下一拍根据 握手信号接发数据，使得单边沿操作保证了高总线频率，流水式操作以及无需额外的总线 申请时间，保证了即使在总线交接时的总线效率；特别的，在非突发传输时，多周期路径的 主设备不会影响总线和从设备的响应效率。
[0018] 3、本发明提供的片上系统总线，具有请求优先级队列，以进入队列的先后决定请 求的优先级，保证了设备请求响应的实时性。
【附图说明】
[0019]图1是现有技术中片上系统设备连接的简单示意图。
[0020] 图2是本发明实施例提供的片上系统总线的结构图。
[0021] 图3是本发明实施例中仲裁器组的结构图。
[0022] 图4是本发明实施例中主从设备之间3对3全互联示意图。
[0023]图5是本发明实施例中申请优先级队列的结构图。
[0024] 图6是本发明实施例中主设备和从设备的接口框图。
[0025] 图7是本发明实施例中主从设备间一对一的传输时序图。
[0026] 图8是本发明实施例中主线交接时序图。
[0027] 图9是本发明实施例中一个双周期路径和一个单周期路径的主设备相互使用总 线进行读写的时序图。
[0028] 图10本发明实施例中是一个突发写时序以及总线交接时序图。
[0029]图11本发明实施例中是两周期路径的突发传输时序图。
[0030] 图12本发明实施例中是多个主设备同时竞争一个总线的时序图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提供一种片上系统总线，包括请求优先级队列、仲裁器组、地址与控制信号 选择器、互联网络及地址译码器；主设备发送总线请求信号至地址译码器，并发送对应的地 址信号和控制信号至地址与控制信号选择器；地址译码器根据总线请求信号，向仲裁器组 和请求优先级队列发送即时申请向量；请求优先级队列将申请信号锁存，生成片选信号，并 将片选信号发送至互联网络，同时，根据先进先出原则给出每个从设备组的申请向量，队列 空直接选择地址译码器的结果作为当前周期的申请信号发送到仲裁器组；仲裁器组根据申 请信号发出仲裁结果信号给地址与控制信号选择器，地址与控制信号选择器根据仲裁结果 信号选择主设备的地址信号与控制信号，并传输至从设备仲裁器组还发送仲裁结果信号至 互联网络，互联网络根据仲裁结果信号选择主设备至从设备方向的数据和握手信号，互联 网络还根据片选信号控制从设备至主设备方向的数据和握手信号。
[0032] 在一种实施方式中，该片上系统总线还包括一个地址与控制信号存储器，所述仲 裁器组还返回一个授权信号给请求优先级队列，根据授权信号使主设备的总线请求信号进 入请求优先级队列，同时使主设备的地址信号和控制信号进入地址与控制信号存储器。
[0033] 在一种实施方式中，该片上系统总线还包括一个第一选择器，当请求优先级队列 为空时，请求优先级队列发送队列空信号至第一选择器的控制端，第一选择器直接选择主 设备发送的地址信号和控制信号至地址与控制信号选择器，否则，第一选择器选择地址与 控制信号存储器中的地址信号和控制信号至地址与控制信号选择器。
[0034] 在一种实施方式中，该片上系统总线还包括一个第二选择器，当请求优先级队列 为空时，请求优先级队列发送队列空信号至第二选择器的控制端，第二选择器直接选择地 址译码器发送的申请信号至仲裁器组，否则，第二选择器选择请求优先级队列发送的申请 信号至仲裁器组。
[0035] 在一种实施方式中，仲裁器组包括一个或多个仲裁器，仲裁器的数量与从设备的 数量相同。
[0036] 在一种实施方式中，仲裁器中的仲裁逻辑为优先编码器。
[0037] 在一种实施方式中，该片上系统总线还包括仲裁结果寄存器，仲裁器组先发送所 述仲裁结果信号至所述仲裁结果寄存器，再通过所述仲裁结果寄存器将仲裁结果信号发送 至所述互联网络。
[0038] 在一种实施方式中，主设备在本周期发送完信号后，无需等待授权信号，在下一个 周期直接发送写数据至从设备，并监听所述从设备发送的握手信号。
[0039] 在一种实施方式中，片上系统总线通过一个或多个时钟周期使主设备发送的信