高帶寬嵌入式應用中SoC微控制器的總線(xiàn)設計

　　共享總線(xiàn)的概念并不能滿(mǎn)足SoC中的這些要求。在典型的AHB設計中，總線(xiàn)主控是總線(xiàn)上全部的主要資源，也就是說(shuō)，當總線(xiàn)空閑時(shí)，它們可向總線(xiàn)請求完成一個(gè)任務(wù)所需要的時(shí)間。但在基于A(yíng)RM的SoC中，程序設計者不能直接控制當它們掌管總線(xiàn)時(shí)可得到多少總線(xiàn)資源。

　　共享總線(xiàn)架構用多種方式來(lái)區分這些操作的優(yōu)先次序，包括：菊花鏈仲裁、集中式并行仲裁、基于自選或沖突監測的分布式仲裁以及帶多個(gè)總線(xiàn)請求的總線(xiàn)仲裁。但當指定的主控接管總線(xiàn)后，其他操作就會(huì )擱置在一邊。目前還沒(méi)有一種機制能夠讓多個(gè)資源同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，使其既滿(mǎn)足應用要求，又不會(huì )影響其他重要操作提供確定性及實(shí)時(shí)性響應的能力。

　　在A(yíng)MBA環(huán)境中處理這類(lèi)情況的一種通用方法是使用仲裁通道。如果有六個(gè)總線(xiàn)主控，總線(xiàn)便設計成有六個(gè)仲裁通道。但是，片上仲裁邏輯根據請求訪(fǎng)問(wèn)該總線(xiàn)的主控數目來(lái)分配這些通道，而不是把每個(gè)通道指定給某個(gè)特定的主控。如果有四個(gè)主控請求訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，則這六個(gè)通道會(huì )在這四個(gè)主控之間進(jìn)行分配，確保每個(gè)主控有平等的機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)該總線(xiàn)。

　　然而，這并不能解決如何分配足夠的總線(xiàn)帶寬以完成某一特定任務(wù)這一基本問(wèn)題。若其中一個(gè)操作需要三個(gè)通道，而其它操作總共只需要兩個(gè)通道，則每一種操作將會(huì )分配到相同數量的可用通道空間。其結果是，有的通道沒(méi)有充分利用(甚至根本沒(méi)用到)，而有的則超負荷使用，影響SoC在極低延遲內對事件進(jìn)行確定性響應的能力。

　　可編程總線(xiàn)帶寬控制系統

　　因此，需要一種可編程的總線(xiàn)帶寬分配方案，在某一特定時(shí)刻為某一特定的主控分配其所需的總線(xiàn)配置，并將剩余的總線(xiàn)空間分配給其它可能要求訪(fǎng)問(wèn)該總線(xiàn)的主控。由于這種方案可能隨時(shí)間改變，因此需要一種機制以便按照常規原理重新分配總線(xiàn)資源。

　　NetSilicon公司已開(kāi)發(fā)一種新的帶寬控制系統來(lái)取代采用AMBA架構的帶寬控制系統。該系統采用一個(gè)16槽位旋轉優(yōu)先級總線(xiàn)仲裁器(見(jiàn)圖1)，這種仲裁器包含一套可編程偽隨機或旋轉優(yōu)先級緩存替換算法。例如，在NetSilicon的 NS9750(見(jiàn)圖2)中，AHB上的六個(gè)通道不是通過(guò)競爭進(jìn)行分配，而是根據16槽位總線(xiàn)分配方案由六個(gè)總線(xiàn)主控分享。通過(guò)系統控制模塊中的專(zhuān)用寄存器，系統開(kāi)發(fā)者目前可采用三種方法在SoC中分配總線(xiàn)資源。

　　在最高層次，某特定總線(xiàn)主控每次發(fā)出的一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)請求，都會(huì )按請求順序得到響應，直到這六個(gè)主控全被輪詢(xún)。根據所需帶寬，每一個(gè)總線(xiàn)主控可分配到一定數目的槽位并獨占這些槽位。例如在NS9750中，四個(gè)槽位分配給CPU，四個(gè)槽位給以太網(wǎng)，四個(gè)槽位給BBus橋，三個(gè)槽位給LCD，三個(gè)槽位給PCI/卡總線(xiàn)，但在系統運行期間系統軟件會(huì )根據需要重新評估這一分配方案，這可用來(lái)確定AHB總線(xiàn)周期的數目。如果在下一個(gè)評估周期中情況沒(méi)有發(fā)生變化，則沿用以前的設置，如果情況有變，則協(xié)定新的總線(xiàn)主控槽位分配方案。

　　為對總線(xiàn)資源進(jìn)行更精確的控制，這種循環(huán)仲裁方案提供兩個(gè)附加層次的可編程性能：分配給ARM CPU的總線(xiàn)帶寬大小以及這16個(gè)槽位中每個(gè)槽位的帶寬利用率。

　　NS9750的ARM926EJ-S內核作為總線(xiàn)主控時(shí)不能控制所有總線(xiàn)資源，缺省情況下它只能控制50%的總線(xiàn)帶寬或16個(gè)槽位中的8個(gè)，這樣可確保其它五個(gè)總線(xiàn)主控可以一直占有至少50%的總線(xiàn)帶寬。不過(guò)，在程序設計者直接控制下，它可以按照指令將其部分帶寬釋放給另一個(gè)總線(xiàn)主控，或者，在該總線(xiàn)仲裁周期內或程序設計者認為必要的任何周期中控制另外的槽位。

　　程序設計者也可為每個(gè)槽位選擇帶寬利用系數——100%、75%、50%或25%。這一選擇是通過(guò)控制何時(shí)以及以怎樣的順序分配每個(gè)槽位的訪(fǎng)問(wèn)來(lái)實(shí)現的，系數為25%，則這個(gè)槽位每四個(gè)周期只能被輪詢(xún)一次；系數為50%，則每?jì)蓚€(gè)周期輪詢(xún)一次；75%，則每四個(gè)周期輪詢(xún)三次。

　　對旋轉總線(xiàn)仲裁器進(jìn)行編程

　　程序設計者可通過(guò)包含在系統控制模塊內的幾個(gè)寄存器定義多種選項。第一個(gè)寄存器是16入口總線(xiàn)請求配置寄存器，它的每一個(gè)入口代表一個(gè)主控和一個(gè)準許槽位的總線(xiàn)請求。每一個(gè)請求/準許槽位每次只能分配給一個(gè)總線(xiàn)主控，但根據總線(xiàn)主控的帶寬要求，每個(gè)總線(xiàn)主控可同時(shí)連接多個(gè)請求/準許槽位。當多個(gè)通道分配給一個(gè)主控時(shí)，這些通道應均勻分布在這16個(gè)通道當中。

　　每個(gè)請求/準許槽位都有一個(gè)兩位的帶寬壓縮字段(BRF)，用以確定每個(gè)槽位能對系統總線(xiàn)進(jìn)行仲裁的頻率(100%、75%、50%或25%)。BRC將總線(xiàn)請求信號輸出到第二個(gè)16入口總線(xiàn)請求寄存器(BRR)，默認情況下，BRC中未被分配的槽位將阻止用任何總線(xiàn)請求信號設置相應的BRR入口。

　　第四個(gè)寄存器用于存儲哪個(gè)總線(xiàn)主控有數據在等待向AHB傳輸，而第五個(gè)寄存器則是程序設計者用來(lái)為每個(gè)總線(xiàn)請求和準許槽位(分配給特定總線(xiàn)主控)分配權重值。