作者email: jie_yi@sohu.com

摘要：基于altera的cpld器件的pci总线仲裁器设计，实现仲裁器的ahdl编程，并结合仿真结果对pci总线的仲裁进行了论述。

关键词：pci仲裁器，cpld，仿真

pci总线仲裁器通常是集成在pci芯片组中。随着计算机应用的深入，尤其是嵌入式系统的不断发展，集成的仲裁器难以满足某些场合的应用。而采用cpld技术实现的独立的pci总线仲裁器，则较好的适应了这方面的需求。

一﹑pci总线仲裁机制

pci的仲裁是基于设备访问，而不是基于时间分配的。在任一时刻，总线上的一个主设备要想获得对总线的控制权，就必须发出它的请求信号（pcireqn），如果此刻该设备有权控制总线，总线仲裁器就使该设备的总线占用允许信号（pcigntn）有效，进而获得总线的使用权。当有多个主设备同时发出总线控制请求时，就必须由仲裁器根据一定的算法判定，当前应该由哪个主设备获得控制权。

二、仲裁算法

常用的仲裁算法有：公平算法、循环算法等。

本仲裁器设计采用的是循环算法，设备的优先级预先设定。目前的设计实现对四个pci设备请求的仲裁，各设备优先级由高到低安排为：设备0 >设备1 > 设备2 > 设备3。

系统启动伊始，没有设备使用pci总线，也没有设备请求使用pci总线，仲裁器总是设定设备0拥有总线控制权，即将总线停靠于设备0。此时设备0的pcigntn是有效的。而在此之后，仲裁器总是指定pci总线的最后一个使用者为总线的停靠设备。

当有一个或多个设备提出拥有总线使用权的请求时，仲裁器将按照事先安排的设备优先级顺序逐一查询。对于只有一个设备请求的情况，该设备的请求将会马上得到响应；如果多个设备同时发出请求时，仲裁器裁定首先响应优先等级高的设备的请求，当此设备完成数据传输交出总线使用权后，再由优先等级低的设备使用总线。示意框图见图2。

如果一个设备已获得总线使用权并且正在进行地址、数据传输时，比它优先级别高的设备也发出了占用请求，仲裁器将会撤销优先级别低的设备的总线占用信号，并把总线使用权交给优先级别高的设备，同时还要确保在任一时刻不会出现多个设备同时占用总线的情况。具体见仿真分析。

三、编程设计与实现

本设计使用ahdl语言，在maxplusii 10.0上编译通过，并进行了仿真。

1. 仲裁器信号定义

subdesign pci_arb
( -- 输入
pciclk ：input -- pci时钟
arbiter_rstn ：input -- 复位信号
pcireqn[3..0] ：input -- 总线占用请求信号
framen ：input -- 数据交易的启动或开始，主设备发出
irdyn ：input --交易数据准备好，主设备发出

-- 输出
pcigntn[3..0] ：output -- 总线占用允许信号
)

framen和irdyn决定了总线的状态，只要两个信号中的一个有效，就表明总线上有数据通过，总线处于忙状态；当两个信号都无效时，则总线处于空闲状态。

2. 仲裁器状态机定义
parb_sm : machine
of bits ( parb2 , parb1 , parb0 )
with states (
parb_slt0 = 0, -- pcignt0#有效，设备0拥有总线使用权，总线空闲
parb_slt0d = 1, -- pcignt0#有效，数据在总线上传输，总线处于忙状态
parb_slt1 = 2, -- 以下类同
parb_slt1d = 3,
parb_slt2 = 4,
parb_slt2d = 5,
parb_slt3 = 6,
parb_slt3d = 7 )；

3. 仲裁的实现

由于采用循环算法，对每一个设备而言状态的变换都是相同的，下面仅以设备0的状态转换为例：
case parb_sm is
when parb_slt0 =>
if ( !framen # !irdyn # framen & irdyn & parbtout4 ) then
if ( !pcireqn1 ) then
pcigntn1 = gnd;
parb_sm = parb_slt1d;
elsif ( !pcireqn2 ) then
pcigntn2 = gnd;
parb_sm = parb_slt2d;
elsif ( !pcireqn3 ) then
pcigntn3 = gnd;
parb_sm = parb_slt3d;
else
pcigntn0 = gnd;
parb_sm = parb_slt0d;
else
pcigntn0 = gnd;
parb_sm = parb_slt0d;