仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统与流程

本发明属于数字集成电路技术领域，涉及一种设备、仲裁方法及系统，特别是涉及一种仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统。

背景技术：

在芯片的数字电路中，共享资源都是有限的。因为增加资源会增大芯片的面积，从而增加芯片的功耗和生产费用。通用的做法是让不同的使用者即芯片内的模块共享这些资源。同一时刻，当两个或以上的使用者(仲裁请求者)需要使用资源的时候，就需要仲裁器来决定哪个使用者(仲裁获胜者)最终能获取这些资源。下面描述了现有技术中仲裁器的连接。第一种：仲裁器根据设定的仲裁策略来进行仲裁。当仲裁器的输入较少时，内部电路逻辑较为简单，可运行在较高的频率，同时延迟非常小，能在当前时钟周期就完成仲裁。当仲裁器的输入增加时，仲裁逻辑变复杂。传统的仲裁器只能选择降低运行的频率，这样仍能保证在当前时钟周期完成仲裁，但是降低运行频率会带来性能的下降。第二种：仲裁器选择采用固定多级仲裁，把仲裁时间拉长到若干个时钟周期，这样能够保持运行的频率不变，但是会增加延迟。

因此，如何提供一种仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统，以解决现有技术在增加输入时，传统的仲裁器选择降低运行的频率，虽保证在当前时钟周期完成仲裁，但是会产生性能下降的问题，或选择多级仲裁，把仲裁时间拉长到若干时钟周期，虽保证运行频率不变，但是会产生增加延迟的问题，实以成为本领域从业者亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统，用于解决现有技术中在增加输入时，传统的仲裁器选择降低运行的频率，虽保证在当前时钟周期完成仲裁，但是会产生性能下降的问题，或选择多级仲裁，把仲裁时间拉长到若干时钟周期，虽保证运行频率不变，但是会产生增加延迟的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种仲裁设备，用于仲裁对共享资源的使用权，所述仲裁设备包括：控制器，其接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号，监测与请求信号相关的仲裁参数，按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。

于本发明的一实施例中，所述控制器还用于输出经过仲裁的请求信号，并将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者。

于本发明的一实施例中，所述仲裁设备还包括与所述控制器连接的输出选通器，所述输出选通器用于在所述控制器将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，反馈一请求获胜信号至所述仲裁获胜者以便通知该仲裁获胜者使用该共享资源。

于本发明的一实施例中，所述输出选通器还用于在所述控制器将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，输出用于表示仲裁完成的第一信号、及当监测到输出所述第一信号时，用于表示所述仲裁获胜者的身份信息的第二信号。

于本发明的一实施例中，所述与请求信号相关的仲裁参数包括所有请求信号的个数、资源仲裁策略、及预期运行频率；所述路径映射关系包括请求者的最大个数，与仲裁路径关联的运行最高频率，与仲裁路径关联的资源仲裁策略。

于本发明的一实施例中，仲裁路径包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1；每一仲裁路径包括一级仲裁电路或多级级联仲裁电路。

本发明另一方面提供一种动态自适应仲裁方法，用于仲裁对共享资源的使用权，所述动态自适应仲裁方法包括以下步骤：接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号；监测与请求信号相关的仲裁参数，按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。

所述动态自适应仲裁方法还包括：输出经过仲裁的请求信号，并将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者。

于本发明的一实施例中，所述动态自适应仲裁方法还包括：在将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，输出用于表示仲裁完成的第一信号、及当监测到输出所述第一信号时，用于表示输出所述仲裁获胜者的身份信息的第二信号。

于本发明的一实施例中，所述与请求信号相关的仲裁参数包括所有请求信号的个数、资源仲裁策略、及预期运行频率；所述路径路径映射关系包括请求者的最大个数，与仲裁路径关联的运行最高频率，与仲裁路径关联的资源仲裁策略。

于本发明的一实施例中，仲裁路径包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1；每一仲裁路径包括一级仲裁电路或多级级联仲裁电路。

本发明又一方面提供一种动态自适应仲裁系统，应用于在一仲裁设备以仲裁对共享资源的使用权，所述动态自适应仲裁系统包括：输入模块，用于接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号；监测模块，与所述输入模块连接，用于监测与请求信号相关的仲裁参数，仲裁模块，与所述监测模块连接，用于按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。

如上所述，本发明的仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统，具有以下有益效果：

本发明所述的仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统可以根据当前请求者的情况动态选择仲裁路径，保持运行频率不变，确保延迟最低。

附图说明

图1显示为本发明的仲裁设备于一实施例中的原理结构示意图。

图2显示为本发明的仲裁设备的一具体实施结构示意图。

图3显示为本发明4个请求信号经过仲裁的时序示意图。

图4显示为本发明的动态自适应仲裁方法于一实施例中的流程示意图。

图5显示为本发明的动态自适应仲裁系统于一实施例中的原理结构示意图。

元件标号说明

1 仲裁设备

11 控制器

12 输出选通器

111 输入端接口

112 路径判决器

113 仲裁路径

121 输出端接口

2 动态自适应仲裁系统

21 输入模块

22 监测模块

23 仲裁模块

24 输出模块

231 仲裁路径

S1～S3 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种仲裁设备，用于仲裁对共享资源的使用权，所述仲裁设备包括：

控制器，其接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号，监测与请求信号相关的仲裁参数，并根据所述仲裁参数将所有请求信号送入与监测到的仲裁参数匹配的仲裁路径，在该仲裁路径中按照与该仲裁路径关联的路径映射关系仲裁出一请求信号，输出经过仲裁的请求信号。

以下将结合图示对本实施例所提供的仲裁设备进行详细说明。所述仲裁设备用于仲裁至少一个请求者对共享资源的使用权。在本实施例中，所述共享资源例如为总线接口、中断发生器、内部存储空间等等。本实施例所述的仲裁设备应用环境为M个请求者都想使用共享资源，但是由于共享资源是有限的，且在不会增加共享资源的情况下，为了能使M个请求者都在需要使用该共享资源的时候可以使用到该共享资源，就需要所述仲裁设备决定仲裁获胜的请求者，请参阅图1，显示为仲裁设备于一实施例中的原理结构示意图。如图1所示，所述仲裁设备1包括控制器11和与所述控制器11连接的输出选通器12。在本实施例中，所述仲裁设备1的控制器11可以由现场可编程门阵列(FPGA)、异步同步集成电路(ASIC)、可执行软件指令的微控制器或微处理器或任何组合来提供。

在本实施例中，所述仲裁设备1会与至少一个请求使用共享资源的请求者连接。所述控制器11用于接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号，监测与请求信号相关的仲裁参数，并根据所述仲裁参数将所有请求信号送入与监测到的仲裁参数匹配的仲裁路径，在该仲裁路径中按照与该仲裁路径关联的路径映射关系仲裁出一请求信号，输出经过仲裁的请求信号，并将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者。所述请求信号中包含所述请求共享资源的名称、请求者的身份信息、仲裁参数等等。其中，所述控制器11包括输入端接口111，路径判决器112，多个仲裁路径113。

具体地，所述控制器11的输入端接口111接收4个请求者的请求信号，即请求者1，请求者2，请求者3，请求者4。在本实施例中，所述输入点接口111检测到该请求信号拉高时，则表示请求者1，请求者2，请求者3，请求者4都希望使用该共享资源。

所述路径判决器112在所述输入端接口111接收到请求者1，请求者2，请求者3，请求者4发送的使用共享资源的请求信号后，监测与请求信号相关的仲裁参数，按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。。在本实施例中，所述与请求信号相关的仲裁参数包括所有请求信号的个数、资源仲裁策略、及最高运行频率(仲裁设备期望的运行频率)。具体地，所述路径判决器112根据监测到的与请求信号相关的仲裁参数、资源仲裁策略、以及预期运行频率来决定将使用共享资源的请求信号输入到与其对应的仲裁路径中。与仲裁路径关联的路径映射关系包括请求者的最大个数，与仲裁路径关联的运行的最高频率，与仲裁路径关联的资源仲裁策略。在本实施例中，所述资源仲裁策略包括轮询资源仲裁策略、权重轮询资源仲裁策略、固定优先权资源仲裁策略、先进先服务资源仲裁策略、随机存储资源仲裁策略、近期最少使用资源仲裁策略、和/或与内容相关资源仲裁策略等等。

拉高的请求信号在输入对应的仲裁路径后，在该仲裁路径中按照与该仲裁路径关联的路径映射关系仲裁出一请求信号，输出经过仲裁的请求信号。例如，拉高的4个请求信号在输入到第四仲裁路径后，第四仲裁路径按照与该仲裁路径关联的资源仲裁策略(带权重的轮询策略，例如，请求信号1带有权重1，请求信号2带有权重2，请求信号3带有权重3，请求信号4带有权重4)并按照4个时钟周期来仲裁出一请求信号4(在本实施例中，请求信号的输出顺序为每隔4个时钟周期后输出请求信号3，请求信号2，请求信号1)，将与经过仲裁的请求信号4对应的请求者4认定为仲裁获胜者，并将经过仲裁的请求信号4输出值输出选题器12。

在本实施例中，若仅所述请求者1发送使用共享资源的请求信号，所述路径判决器112监测到仅有一个请求信号时，与该请求信号相关的仲裁参数包括请求信号的个数，即1个，由于仅有一个请求信号，所述仲裁设备会为这一个请求信号关联一个简单的资源仲裁策略，及最高运行频率，在监测到以上仲裁参数后，路径判决器112将该请求信号送入与监测到的参数匹配的仲裁路径。仲裁路径113包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，例如，本实施例中，包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，第三仲裁路径，第四仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1。每一仲裁路径包括一级仲裁电路或多级级联仲裁电路。每一仲裁路径都配置有与之对应的路径映射关系，即N＝f(M，F，A)，该路径映射关系中包括有路径配置参数，即M表示请求者的最大个数，F表示与仲裁路径关联的运行最高频率，A表示与仲裁路径关联的资源仲裁策略。N必须满足所有请求者都拉高请求信号时，仍能运行在最高频率。路径判决器112根据路径映射关系：1＝(1，F，A1)将仅有的一个请求信号输入到第一仲裁路径中。

若仅所述请求者1、请求者2，请求者3，请求者4发送4个使用共享资源的请求信号，所述路径判决器112监测到4个请求信号时，与该请求信号相关的仲裁参数包括请求信号的个数(4个)，所述仲裁设备会为这4个请求信号关联的资源仲裁策略(轮询仲裁策略)，及目标运行频率。例如，4个请求信号，目标运行频率为650MHz，轮询资源仲裁策略。在监测到以上仲裁参数后，路径判决器112将该请求信号送入与监测到的参数匹配的仲裁路径。在本实施例中，仲裁路径113包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1。每一仲裁路径都配置有与之对应的路径映射关系，即N＝f(M，F，A)，该路径映射关系中包括有路径配置参数，即M表示请求者的最大个数，F表示与仲裁路径相关联的运行最高频率，A表示与仲裁路径相关联的资源仲裁策略。N必须满足所有请求者都拉高请求信号时，仍能运行在最高频率。即，仲裁设备提供：

第一仲裁路径对应的路径映射关系为1＝f(3，500MHz，轮询仲裁策略)；

第二仲裁路径对应的路径映射关系为2＝f(4，700MHz，轮询仲裁策略)。

路径判决器112监测到输入的请求信号的个数，当请求信号小于等于3个时，输入第一仲裁路径，当请求信号为4个时，输入第二仲裁路径(需要2个时钟周期仲裁)。第四仲裁路径既保证了最高可综合频率超过650MHz的要求，又保证绝大多数情况下一个时钟周期就能完成仲裁。

请参阅图2，显示为仲裁设备的一具体实施结构示意图。例如，监测到4个请求信号，LRU(近期最少使用)资源仲裁策略、目标运行频率为750MHz，可以使用的电路有：

4输入LRU仲裁电路，运行的最高频率为650MHz，

3输入LRU仲裁电路，运行的最高频率为800MHz，

2输入LRU仲裁电路，运行的最高频率为900MHz。

由于电路中的运行的最高频率由最慢的电路决定，若要直接采用4输入LRU仲裁电路，运行的最高频率为650MHz无法满足4个请求信号的性能要求。

第一仲裁路径对应的路径映射关系为1＝f(3，800MHz，LRU仲裁策略)，该仲裁路径为一级仲裁路径，即仅包括3输入LRU仲裁电路。

第二仲裁路径对应的路径映射关系为2＝f(4，900MHz，LRU仲裁策略)，该仲裁路径为多级仲裁电路，即包括级联的2输入LRU仲裁电路。

所述路径判决器112监测到输入的请求信号的个数，当请求信号小于等于3个时，输入第一仲裁路径，当请求信号为4个时，输入第二仲裁路径(需要2个时钟周期仲裁)。第四仲裁路径既保证了最高可综合频率超过750MHz的要求，又保证绝大多数情况下一个时钟周期就能完成仲裁。请参阅图3，显示为4个请求信号经过仲裁的时序示意图。如图3所示，第一次仲裁有4个请求者，用了2个周期，使用第二仲裁路径；第二次仲裁有3个请求者，用了1个周期，使用第一仲裁路径；第三次仲裁有2个请求者，用了1个周期，使用第一仲裁路径。

所述输出选通器12通过输出端接口121在所述控制器11将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，反馈一请求获胜信号(gnt)至所述仲裁获胜者以便通知该仲裁获胜者使用该共享资源。例如，所述输出选通器12隔4个时钟周期反馈一请求获取信号。在所述控制器11将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，所述输出选通器12还输出用于表示仲裁完成的第一信号(winner_valid，即该信号拉高时，表示仲裁完成)、及当监测到输出所述第一信号时，用户输出所述仲裁获胜者的身份信息的第二信号(winner_id，该信号只有在winner_valid为高时才会有效，表示当前仲裁获胜者的身份)。

本实施例所述的仲裁设备可以根据当前请求者的情况动态选择仲裁路径，保持运行频率不变，确保延迟最低。

实施例二

本实施例提供一种动态自适应仲裁方法，用于仲裁对共享资源的使用权。请参阅图4，显示为动态自适应仲裁方法于一实施例中的流程示意图。如图4所示，所述动态自适应仲裁方法包括以下步骤：

S1，接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号。所述请求信号中包含所述请求共享资源的名称、请求者的身份信息、仲裁参数等等。

S2，接收到请求者发送的使用共享资源的请求信号后，监测与请求信号相关的仲裁参数。

在本实施例中，所述与请求信号相关的仲裁参数包括所有请求信号的个数、资源仲裁策略、及最高运行频率(仲裁设备期望的运行频率)。

S3，按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。在本实施例中，与仲裁路径关联的路径映射关系包括请求者的最大个数，与仲裁路径关联的运行最高频率，与仲裁路径关联的资源仲裁策略。在本实施例中，所述资源仲裁策略包括轮询资源仲裁策略、权重轮询资源仲裁策略、固定优先权资源仲裁策略、先进先服务资源仲裁策略、随机存储资源仲裁策略、近期最少使用资源仲裁策略、和/或与内容相关资源仲裁策略等等。在本实施例中，步骤S3还包括拉高的请求信号在输入对应的仲裁路径后，在该仲裁路径中按照与该仲裁路径关联的路径映射关系，即根据与该仲裁路径相关联的资源仲裁策略仲裁出一请求信号，输出经过仲裁的请求信号。在本实施例中，仲裁路径包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1。每一仲裁路径包括一级仲裁电路或多级级联仲裁电路。每一仲裁路径都配置有与之对应的路径映射关系，即N＝f(M，F，A)，该路径映射关系中包括有路径配置参数，即M表示请求者的最大个数，F表示与仲裁路径相关联的运行最高频率，A表示与仲裁路径相关联的资源仲裁策略。N必须满足所有请求者都拉高请求信号时，仍能运行在最高频率。

S4，将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，反馈一请求获胜信号(gnt)至所述仲裁获胜者以便通知该仲裁获胜者使用该共享资源。且在将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，还输出用于表示仲裁完成的第一信号(winner_valid，即该信号拉高时，表示仲裁完成)、及当监测到输出所述第一信号时，用户输出所述仲裁获胜者的身份信息的第二信号(winner_id，该信号只有在winner_valid为高时才会有效，表示当前仲裁获胜者的身份)。

实施例三

本实施例还提供一种动态自适应仲裁系统2，所述动态自适应仲裁系统2应用于在一仲裁设备以仲裁对共享资源的使用权。请参阅图5，显示为动态自适应仲裁系统于一实施例中的原理结构示意图。如图5所示，所述动态自适应仲裁系统2包括：输入模块21、监测模块22、仲裁模块23、及输出模块24。

所述输入模块21用于接收源于至少一个请求者使用该共享资源的请求信号。所述请求信号中包含所述请求共享资源的名称、请求者的身份信息、仲裁参数等等。

与所述输入模块21连接的监测模块22用于接收到请求者发送的使用共享资源的请求信号后，监测与请求信号相关的仲裁参数。在本实施例中，所述与请求信号相关的仲裁参数包括所有请求信号的个数、资源仲裁策略、及最高运行频率(仲裁设备期望的运行频率)。

与所述监测模块22连接的仲裁模块23用于按照路径映射关系匹配与所述仲裁参数对应的仲裁路径，并将各请求信号送入所匹配到的仲裁路径以供仲裁。于本实施例中，所述路径映射关系与仲裁路径关联的路径映射关系包括请求者的最大个数，与仲裁路径关联的运行的最高频率，与仲裁路径关联的资源仲裁策略。在本实施例中，所述资源仲裁策略包括轮询资源仲裁策略、权重轮询资源仲裁策略、固定优先权资源仲裁策略、先进先服务资源仲裁策略、随机存储资源仲裁策略、近期最少使用资源仲裁策略、和/或与内容相关资源仲裁策略等等。

所述仲裁模块23在拉高的请求信号在输入对应的仲裁路径后，在该仲裁路径中按照与该仲裁路径关联的路径映射关系，即根据与该仲裁路径相关联的资源仲裁策略仲裁出一请求信号，输出经过仲裁的请求信号至输出模块24。

在本实施例中，所述仲裁模块23中的仲裁路径231包括第一仲裁路径，第二仲裁路径，…，第N仲裁路径，所述第N仲裁路径中需要N个时钟周期进行仲裁，N大于等于1。每一仲裁路径包括一级仲裁电路或多级级联仲裁电路。每一仲裁路径都配置有与之对应的路径映射关系，即N＝f(M，F，A)，该路径映射关系中包括有路径配置参数，即M表示请求者的最大个数，F表示与仲裁路径关联的运行最高频率，A表示与仲裁路径关联的资源仲裁策略。N必须满足所有请求者都拉高请求信号时，仍能运行在最高频率。

与所述仲裁模块23连接的输出模块24用于将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，反馈一请求获胜信号(gnt)至所述仲裁获胜者以便通知该仲裁获胜者使用该共享资源。例如，隔4个时钟周期反馈一请求获取信号。且在将与经过仲裁的请求信号对应的请求者认定为仲裁获胜者后，还输出用于表示仲裁完成的第一信号(winner_valid，即该信号拉高时，表示仲裁完成)、及当监测到输出所述第一信号时，用户输出所述仲裁获胜者的身份信息的第二信号(winner_id，该信号只有在winner_valid为高时才会有效，表示当前仲裁获胜者的身份)。

综上所述，本发明所述的仲裁设备、动态自适应仲裁方法及系统可以根据当前请求者的情况动态选择仲裁路径，保持运行频率不变，确保延迟最低。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。