CN101495979B - 执行仲裁的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行仲裁的装置(10)增加了仲裁公平性、降低了系统等待时间、增加了系统吞吐量、并且适合用于更复杂的系统。根据一个示例性实施例，该装置(10)包括发生器(300)，用于生成与多个代理(20-50)相对应的多个仲裁号码；和电路(400)，用于基于这些仲裁号码来选择这些代理之一以访问这些代理所共享的资源。仲裁号码的至少一个包括与多个参数相对应的多个字段(210-270)。

Description

执行仲裁的方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及数字系统的仲裁(arbitration)技术，更具体地涉及一种用于执行仲裁的方法和装置，该方法和装置增加了仲裁的公平性、降低了系统等待时间、增加了系统吞吐量、并且适合用于更复杂的系统。
背景技术
仲裁通常用在数字系统中以将诸如存储器、总线和/或其它资源之类的系统资源分配给一个以上的请求对其进行访问的代理。传统的仲裁可以基于固定的或静态的优先级方案，其中，每一个代理具有一在制造时固定且静态的(即，不改变的)所指派优先级。但是，这类仲裁并不是最佳的，因为其本质上会阻止某些低优先级代理访问给定资源。其结果是，系统等待时间会增加，并且系统吞吐量会降低。其它类型的传统仲裁可能不适合处理更复杂的系统，例如，具有相对大量的代理的那些系统，其中的大量代理共享特定资源。
因此，需要这样的一种用于执行仲裁的方法和装置，其解决了上述问题，并从而增加了仲裁的公平性、降低了系统等待时间、增加了系统吞吐量、并且适合用于更复杂的系统。本发明解决了这些和/或其它问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种用于执行仲裁的方法。根据一个示例性实施例，该方法包括以下步骤：生成与多个代理相对应的多个仲裁号码；基于这些仲裁号码，选择这些代理之一以访问由这些代理共享的资源。仲裁号码的至少一个包括与多个参数相对应的多个字段。
根据本发明另一个方面，公开了一种用于执行仲裁的装置。根据一个示例性实施例，该装置包括：用于生成与多个代理相对应的多个仲裁号码的装置；和用于基于这些仲裁号码来选择这些代理之一以访问由这些代理共享的资源的装置。仲裁号码的至少一个包括与多个参数相对应的多个字段。
根据本发明另一个方面，公开了一种仲裁器。根据一个示例性实施例，该仲裁器包括：发生器，操作以生成与多个代理相对应的多个仲裁号码；和电路，操作以基于这些仲裁号码来选择这些代理之一以访问由这些代理共享的资源。仲裁号码的至少一个包括与多个参数相对应的多个字段。
附图说明
通过参考结合附图来进行的对本发明实施例的以下描述，本发明的上述和其它特征及优点以及获得它们的方式将变得更加清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明一个示例性实施例、适合于执行仲裁的环境；
图2示出了根据本发明一个示例性实施例的仲裁号码的格式；
图3示出了根据本发明一个示例性实施例的仲裁号码发生器；
图4示出了根据本发明一个示例性实施例、针对仲裁号码的二叉比较树(binary comparison tree)；
图5示出了根据本发明一个示例性实施例、用于执行仲裁的流程图；以及
图6示出了根据本发明一个示例性实施例、用于形成仲裁号码的流程图。
在本文中呈现的范例说明了本发明的优选实施例，并且这些范例不应当被理解为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
现在参考附图，更具体地是参考图1，其示出了根据本发明一个示例性实施例的适合用于执行仲裁的环境100。图1的环境100包括仲裁器10和多个代理20、30、40和50(即，1、2、3、...N，其中N是任意整数)。仲裁器10经由任何合适的信号传输介质、以图1所示的方式操作地耦合于代理20、30、40和50。如这里将描述的，仲裁器10基于仲裁号码来执行仲裁功能，以选择性地允许代理20、30、40和50访问共享资源，例如存储器、总线或其它资源。根据一个示例性实施例，仲裁器10以及代理20、30、40和50全部都可以包括在单个集成电路(IC)上，或者可以包括在多个IC上。代理20、30、40和50例如可以表示不同的数字系统元件，例如中央处理单元(CPU)、图形引擎、和/或其它元件。根据另一个示例性实施例，仲裁器10以及代理20、30、40和50各自可以被实现为和/或包括在独立的用户设备中，例如音频和/或视频设备。因此，这里所描述的仲裁功能可适用于执行仲裁的任何类型的系统、设备和/或装置。
现在参考图2，其示出了根据本发明一个示例性实施例的仲裁号码200的格式。根据一个示例性实施例，仲裁器10为每一个代理20、30、40和50生成并维护仲裁号码，这些仲裁号码中的每一个均具有图2的仲裁号码200的格式。但是，出于实践本发明的目的，可以仅有一个或多个代理20、30、40和50包括具有图2的仲裁号码200的格式的仲裁号码。图2的仲裁号码200包括多个连接的字段，这些字段包括请求字段210、超时(Timeout)字段220、优先级值字段230、优先级计量器(PriorityMeter)字段240、剩余带宽(bandwidth remaining)字段250、等待计时器字段260和主索引字段270。前述字段中的每一个表示不同参数，并包括预定数目的数字比特。根据一个示例性实施例，请求字段210是一比特，超时字段220是一比特，优先级值字段230是四比特，优先级计量器字段240是四比特，剩余带宽字段250是十比特，等待计时器字段260是十比特，主索引字段270是四比特。本发明的其它实施例针对前述各个字段可以使用不同的比特数目。优选地，以图2所示的方式从最高有效位(MSB)到最低有效位(LSB)来连续地设置这些字段，并且这些字段共同形成了仲裁号码200。本发明的其它实施例可以按不同方式来设置仲裁号码200的字段。仲裁号码200的各个字段描述如下：
请求字段210
请求字段210被用于请求仲裁。请求字段210具有初始值零，并且在代理20、30、40、50请求仲裁时动态地变为一。
超时字段220
当等待计时器字段260达到预定的最大时间值时，超时字段220被设置为一。超时字段220具有初始值零，并动态地改变。当代理20、30、40、50之一赢得仲裁时，针对该代理的超时字段220被清除并设置为零。
优先级值字段230
优先级值字段230被针对各个代理20、30、40、50基于其本质来设置为固定的预定值。优先级值字段230的较高值指示出较高优先级。优先级值字段230按惯例是静态的，并且例如可以在制造时被设置或者在用户启动系统时被编程。
优先级计量器字段240
优先级计量器字段240具有初始值零并动态地改变。当某一代理20、30、40、50仲裁失败时，优先级计量器字段240被递增。当优先级计量器字段240达到预定的最大值时，其保持在该值直到代理20、30、40、50赢得仲裁。当某一代理20、30、40、50赢得仲裁时，该代理的优先级计量器字段240被重新初始化为预定值。
剩余带宽字段250
剩余带宽字段250用于测量由代理20、30、40、50传送的数据字。剩余带宽字段250具有预定的初始值并动态地改变。对于赢得仲裁的某一代理20、30、40、50，剩余带宽字段250在传送数据时周期性地递减。在某一代理20、30、40、50的剩余带宽字段250达到零值时，该代理的剩余带宽字段250将停止在零处。当所有代理的剩余带宽字段都达到零时，每一个代理的剩余带宽字段250都被重新初始化。这种方法的效果在于其降低了在所有剩余带宽字段上一次被初始化之后已经赢得仲裁至少一次的那些代理的优先级。
等待计时器字段260
等待计时器字段260被用于测量从某一代理20、30、40、50的请求被发出起该代理已经等待了多长时间。等待计时器字段260具有预定的初始值并动态地改变。具有较低等待时间要求的某一代理20、30、40、50例如可以被编程为比没有该要求的另一个代理20、30、40、50具有更大的初始值。作出请求的代理20、30、40、50的等待计时器字段260被周期性地递增直到其赢得仲裁为止。赢得仲裁的某一代理20、30、40、50的等待计时器字段260被复位为其预定初始值。非作出请求的代理20、30、40、50的等待计时器字段260保持不变。各个代理20、30、40、50的等待计时器字段260将停止于预定最大值。
主索引字段270
主索引字段270用作平局决胜器。每一个代理20、30、40、50的主索引字段270均具有唯一值。主索引字段270是静态的并且例如可以在制造时设置。
图1的仲裁器可以连接到显示器和诸如按钮之类的输入机构，以使得用户可以在任何给定场合显示各个或全部代理的各个字段的值。用户界面也可以允许用户输入一个或多个以下字段的值：超时字段220的预定最大值、优先级值字段230的预定值、优先级计量器字段240的预定最大值、等待计时器字段260的预定初始值以及主索引字段270的值。
现在参考图3，其示出了根据本发明一个示例性实施例的仲裁号码发生器300。仲裁号码发生器300是仲裁器10的元件。如图3所示，仲裁号码发生器300操作以从代理20、30、40、50接收对仲裁的请求(R0-R15)。仲裁号码发生器300还操作以生成并存储各个代理20、30、40、50的仲裁号码(A0-A15)。根据一个示例性实施例，这些仲裁号码(A0-A15)中的每一个均具有图2所示的格式。为了示例和说明的目的，图3的仲裁号码发生器300被示出为能够接收针对仲裁的十六个请求(R0-R15)并生成十六个相应仲裁号码(A0-A15)。但是，根据其它实施例，仲裁号码发生器300可被修改为接收不同数目的仲裁请求，并生成相应不同数目的仲裁号码。
现在参考图4，其示出了根据本发明一个示例性实施例的用于仲裁号码的二叉比较树400。二叉比较树400也是仲裁器10的元件。图4的二叉比较树400包括用标号410、420、430和440表示的四级。第一级410包括八个比较器(COMP)，这八个比较器从图3的仲裁号码发生器300接收仲裁号码(A0-A15)并执行比较功能从而选择八个最高的仲裁号码。第二级420包括四个比较器，这四个比较器从第一级410接收八个最高的仲裁号码并执行比较功能从而选择四个最高的仲裁号码。第三级430包括两个比较器，这两个比较器从第二级420接收该四个最高的仲裁号码并执行比较功能从而选择两个最高的仲裁号码。第四级440包括一个比较器，该一个比较器从第三级430接收两个最高的仲裁号码并执行比较功能从而选择最高的仲裁号码。第四级440还包括触发器(FF)，该触发器接收并输出最高仲裁号码。按前述方式，二叉比较树400从图3的仲裁号码发生器300所提供的十六个仲裁号码(A0-A15)中选择最高的仲裁号码。具有该最高仲裁号码的特定代理20、30、40、50随后被仲裁器10选择以访问资源。为了示例和说明的目的，图4的二叉比较树400被构造为容纳十六个仲裁号码。但是，二叉比较树400可以被相应地修改以容纳更大或更小数目的仲裁号码。注意，图4所示的二叉比较树400的硬件实现方式也可以用软件来实现。此外，除了图3的仲裁号码发生器300和图4的二叉比较树400之外，仲裁器10还可以包括诸如复用器和/或其它元件之类的元件。这样的元件未在附图中示出，以不会模糊本发明的发明原理。
现在参考图5，其示出了根据本发明一个示例性实施例的图示出用于执行仲裁的步骤的流程图500。为了示例和说明的目的，将参考前面所描述的附图的元件来描述图5的步骤。图5的步骤仅仅是示例性的，而并不意图以任何方式限制本发明。
在步骤510，仲裁器10判断是否有来自代理20、30、40、50的针对仲裁的一个或多个请求。根据一个示例性实施例，在步骤510，某一代理20、30、40、50可以请求访问资源(例如，存储器、总线等)并从而通过向仲裁器10发送请求信号来请求仲裁。当某一代理20、30、40、50在步骤510请求仲裁时，其仲裁号码200的请求字段210从零转换为一。
如果步骤510的判断是否定的，则处理流程循环并重复步骤510。一旦步骤510的判断为肯定，处理流程就前进到步骤520，在步骤520中，仲裁器10使能其二叉比较树400(参见图4)达一个仲裁周期。如本文的前面所示，仲裁器10也可以用软件来实现二叉比较树400。
在步骤530，二叉比较树400按本文前面所述的方式对所有仲裁号码(A0-A15)进行比较，从而识别并选择最高仲裁号码。具有该最高仲裁号码的特定代理20、30、40、50被认为已经赢得仲裁。
在步骤540，仲裁器10判断是否许可赢得仲裁的该特定代理20、30、40、50访问所请求的资源。通常仲裁器10将许可赢得仲裁的某一代理20、30、40、50访问所请求的资源。但是，存在不许可得胜代理20、30、40、50访问所请求资源的某些情况。例如，在所请求资源为存储器的情况下，该存储器的存储器控制器可能被占用执行其它处理功能，因此无法许可得胜代理20、30、40、50访问该存储器资源。例如，该存储器可能被先前的仲裁得胜者占用。在先前的得胜者需要在很长时间内访问存储器的情况下，仲裁器10允许该先前得胜者访问该存储器直到该先前得胜者的剩余带宽计量器字段达到零为止。到那时，如果该先前得胜者仍然有要从存储器读取或写入存储器的数据，则该先前得胜者必须赢得另一个仲裁以完成向或从存储器的数据传送。如前所述，当所有代理的剩余带宽字段都达到零时，所有这些剩余带宽字段都被初始化为预定值。
如果步骤540的判断为否定，则处理流程前进到步骤550，在步骤550中，仲裁器10递增在步骤510中在该仲裁周期内请求仲裁的各个代理20、30、40、50的优先级计量器字段240和等待计时器字段260。从步骤550起，处理流程循环回到步骤510以进行另一个仲裁周期。
如果步骤540的判断为肯定，则处理流程前进到步骤560，在步骤560中仲裁器10许可得胜代理20、30、40、50访问所请求资源。仲裁器10还在步骤560针对得胜代理20、30、40、50递减剩余带宽字段250并将等待计时器字段260复位到预定的初始值。从步骤560起，处理流程循环回到步骤510以进行另一个仲裁周期。
现在参考图6，其示出了根据本发明一个示例性实施例、图示出用于形成各个代理的仲裁号码的步骤的流程图600。为了示例和说明的目的，将参考前面所述附图的元件来描述图6的步骤。图6的步骤仅仅是示例性的，而并不意图以任何方式限制本发明。
在步骤610，仲裁器10接收多个参数之一的值。例如，仲裁器10可以接收由用户输入的优先级值字段230的预定值。可由用户输入其值并由仲裁器10接收的其它参数如下所示：等待计时器字段260的预定初始值和主索引字段270的值。
在步骤620，仲裁器10将所接收的值赋予相应参数。继续以上示例，仲裁器10将所接收的预定值赋予优先级值字段230。
在步骤630，仲裁器10将值赋予其它参数中的每一个。继续以上示例，仲裁器10将值赋予请求字段210、超时字段220、优先级计量器字段240、剩余带宽字段250、等待计时器字段260和主索引字段270。
在步骤640，仲裁器10将所有参数连接成如图2所示的一个仲裁号码。如前所述，因为多个仲裁参数已被连接成针对每一个代理的单个仲裁号码，所以仅需要例如图4所示的一个比较树，从而增加了仲裁速度。
如本文所述，本发明提供了一种用于执行仲裁的方法和装置，该方法和装置增加了仲裁公平性、降低了系统等待时间、增加了系统吞吐量并且适合用于更复杂的系统。虽然本发明被描述为具有优选设计，但是在本公开的精神和范围内可进一步修改本发明。因此，本申请意图涵盖使用本发明的一般原理的本发明的任何变体、用途或适应性修改。此外，本申请意图涵盖在本领域的已知或惯用实现方式内的对本公开的以下变更，这些变更是本发明所涉及的并且落在所附权利要求的限制范围内。

Claims (20)

1.一种执行仲裁的方法(500)，包括以下步骤：
在仲裁器(10)处，生成与多个代理(20-50)相对应的多个仲裁号码，其中所述多个仲裁号码中的至少一个仲裁号码包括与多个参数相对应的多个字段(210-270)；以及
基于所述多个仲裁号码，在所述仲裁器(10)处选择所述多个代理中的一个代理来访问由所述多个代理所共享的资源。
2.如权利要求1所述的执行仲裁的方法(500)，其中，与所选择的所述一个代理相对应的仲裁号码高于与所述多个代理中的其他代理相对应的仲裁号码。
3.如权利要求1所述的执行仲裁的方法(500)，其中，所述多个字段中的第一字段(230)指示了所述多个代理中的第一代理的静态优先级值，所述多个字段中的第二字段(250)指示了所述第一代理的带宽值，并且所述多个字段中的第三字段(260)指示了从所述第一代理请求访问所述资源起的时间量。
4.如权利要求1所述的执行仲裁的方法(500)，其中，所述多个字段(210-270)中的每一个被分配了预定数目的比特，并且将所述多个字段组合成所述仲裁号码的步骤包括连接被分配给所述多个字段中的每一个的预定比特。
5.如权利要求3所述的执行仲裁的方法(500)，其中，如果所述第一代理被选择来访问所述资源，则所述第二字段(250)被递减。
6.如权利要求3所述的执行仲裁的方法(500)，其中，如果所述第一代理被选择来访问所述资源，则所述第三字段(260)被设置为预定值。
7.如权利要求3所述的执行仲裁的方法(500)，其中，如果所述第一代理未被选择来访问所述资源，则所述第三字段(260)被递增。
8.如权利要求3所述的执行仲裁的方法(500)，其中，所述多个字段(210-270)还包括第四字段(240)，该第四字段(240)指示了所述第一代理的动态优先级值。
9.如权利要求8所述的执行仲裁的方法(500)，其中，如果所述第一代理未被选择来访问所述资源，则所述第四字段(240)被递增。
10.如权利要求8所述的执行仲裁的方法(500)，其中，所述多个字段(210-270)还包括第五字段(220)，如果所述第三字段(260)达到最大值则所述第五字段(220)被设置为预定值。
11.一种仲裁器装置(10)，包括：
仲裁号码生成器(300)，用于生成与多个代(20-50)相对应的多个仲裁号码，其中所述多个仲裁号码中的至少一个仲裁号码包括与多个参数相对应的多个字段(210-270)；以及
选择器(400)，用于基于所述多个仲裁号码来选择所述多个代理之一以访问由所述多个代理所共享的资源。
12.如权利要求11所述的仲裁器装置(10)，其中，具有最高的所述仲裁号码的所述代理被选择来访问所述资源。
13.如权利要求11所述的仲裁器装置(10)，其中，所述多个字段中的第一字段(230)指示了所述多个代理中的第一代理的静态优先级值，所述多个字段中的第二字段(250)指示了所述第一代理的带宽值，并且所述多个字段中的第三字段(260)指示了从所述第一代理请求访问所述资源起的时间量。
14.如权利要求11所述的仲裁器装置(10)，其中，所述多个仲裁号码中的所述至少一个仲裁号码是通过连接表示所述多个字段(210-270)中的每个字段的比特来形成的。
15.如权利要求13所述的仲裁器装置(10)，其中，如果所述第一代理被选择来访问所述资源，则所述第二字段(250)被递减。
16.如权利要求13所述的仲裁器装置(10)，其中，如果所述第一代理被选择来访问所述资源，则所述第三字段(260)被设置为预定值。
17.如权利要求13所述的仲裁器装置(10)，其中，如果所述第一代理未被选择来访问所述资源，则所述第三字段(260)被递增。
18.如权利要求13所述的仲裁器装置(10)，其中，所述多个字段(210-270)还包括第四字段(240)，该第四字段(240)指示了所述第一代理的动态优先级值。
19.如权利要求18所述的仲裁器装置(10)，其中，如果所述第一代理未被选择来访问所述资源，则所述第四字段(240)被递增。
20.如权利要求18所述的仲裁器装置(10)，其中，所述多个字段(210-270)还包括第五字段(220)，如果所述第三字段(260)达到最大值则所述第五字段(220)被设置为预定值。
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