CN112463673A - 一种片上总线、及用于片上总线的服务质量仲裁方法、装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种片上总线、及用于片上总线的服务质量仲裁方法、装置。所述一种用于片上总线的服务质量仲裁方法，所述服务质量仲裁方法包括：获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。通过本申请实施例的技术方案使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。

Description

一种片上总线、及用于片上总线的服务质量仲裁方法、装置

技术领域

本申请涉及片上总线领域，具体而言本申请实施例涉及一种片上总线、及用于片上总线的服务质量仲裁方法以及装置。

背景技术

当多个主机请求竞争使用同一个从机时，需要片上总线对这些请求进行仲裁，以确定从机侧总线的使用权。

服务质量QoS(Quality of Service)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。本申请的发明人在研究中发现，由于传输带宽大，连接设备多等原因，现代片上总线也存在类似问题。

因此如何设计片上总线的仲裁策略成了亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种片上总线、及用于片上总线的服务质量仲裁方法、装置，通过本申请实施例的技术方案使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。

第一方面，本申请的一些实施例提供一种用于片上总线的服务质量仲裁方法，所述服务质量仲裁方法包括：获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

本申请的一些实施例通过检测各主机的服务质量结果来仲裁从机侧总线的使用权，至少可以实现在同样优先级的多个主机之间更加合理的分配带宽，使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。

在一些实施例中，所述服务质量结果包括归一化带宽余量和归一化传输时延，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线在设定时间段内对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值，包括：确定所述多个主机中各主机对应的归一化带宽余量权重系数和归一化时延权重系数；至少根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时和所述归一化时延权重系数确定所述各主机的仲裁判据值。

本申请的一些实施例通过为服务质量包括的判据分量(例如，归一化带宽余量和归一化传输时延)设定相应的权重系数来更加灵活的调整各主机对应任务的传输质量要求，提升了从机侧总线使用权决策的准确性。

在一些实施例中，所述获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，包括：根据获取的所述各主机的带宽余量和为所述各主机分配的带宽限度，得到所述各主机的归一化带宽余量；根据获取的所述各主机的传输时延和与所述各主机对应的传输时延容忍度，得到所述各主机的归一化传输时延。

本申请的一些实施例提供了归一化带宽余量的一种量化方法，提升了归一化带宽余量量化的客观性和可比性。

在一些实施例中，所述带宽余量是通过如下方式获取的：获取所述第一从机侧总线为第一主机分配的所述带宽限度；获取所述第一主机实际占用带宽；根据所述带宽限度和所述实际占用带宽确定所述第一主机的带宽余量。

本申请的一些实施例提供了一种带宽余量(即绝对带宽余量，与归一化带宽余量相对)的量化方法，获取了带宽余量量化的一种方式。

在一些实施例中，所述传输时延是通过如下方式获取的：获取第二主机向所述第一从机发起事务请求的请求时刻；获取通过所述第一从机侧总线，发出的与所述事务请求对应的事务请求就绪时刻；根据所述事务请求就绪时刻和所述请求时刻，确定所述第二主机的传输时延。

本申请的一些实施例提供了根据发起事务请求的时刻以及完成传输该事务请求对应的事务请求就绪时刻获取传输时延的方法，即提供一种量化传输时延的方法。

在一些实施例中，第i主机对应的归一化带宽余量是通过如下两个公式之一计算得到的：

当所述第一从机侧总线有针对所述第i主机的数据传输时，所述第i主机的归一化带宽余量为：

当所述第一从机侧总线无来自于所述第i主机的数据传输时，所述第i主机的归一化带宽余量为：

w_i(t)＝w_i(t-1)+K,w_i(t)≤1

其中，

n表征所述多个主机的总数目且n为大于或等于1的自然数；i表示所述多个主机中任意一个主机的编号；wa_i的取值是通过获取为所述各主机分配的所述带宽限度之间的比例关系确定的；K为积分运算的系数，1/K用于表征所述归一化带宽余量的滑动时间窗的长度；w_i(t-1)表征上一个时刻对应的所述归一化带宽余量。

本申请的一些实施例提供了一种采用迭代算法确定归一化带宽余量的方法，与前述本申请一些实施例的归一化带宽余量量化方法相比，本实施例由于采用迭代算法，计算更易于实现。

在一些实施例中，所述归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数是根据确保所述多个主机之间传输质量要求的可比性原则确定的。

本申请的一些实施例根据这个原则确定的权重系数，可以确保不同主机传输质量要求间的可比性，实时反应不同主机执行的不同人物的传输质量要求。

在一些实施例中，所述确定所述多个主机中各主机对应的归一化带宽余量权重系数和归一化时延权重系数还包括：根据传输质量要求的时变性，调整所述归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数中至少一个的值。

本申请的一些实施例的判据分量(例如，归一化带宽余量和归一化传输时延)的权重可以是变量，例如根据分量值分段设置。例如，通过寄存器设置多组权值系数，并根据归一化带宽余量和归一化传输时延的值实时选择目标组权重系数，以自动适应传输质量要求的变化。

在一些实施例中，所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值之前，所述服务质量仲裁方法还包括：获取各主机的识别号以及与识别号对应的识别号权重系数；所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值，包括：根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时、所述归一化时延权重系数、所述识别号和所述识别号权重系数确定所述仲裁判据值，其中，所述识别号权重系数与所述归一化带宽余量权重系数的差值大于第一设定阈值，且所述识别号权重系数与所述归一化时延权重系数的差值大于第二设定阈值。

本申请的一些实施例保证了根据服务质量结果获取的仲裁判据值相同(即根据归一化带宽余量、归一化带宽余量权重系数、归一化传输时延以及归一化传输时延权重系数得到的多个仲裁判据值相同)时，进一步根据标识号为多个主机随机分配从机侧总线的使用权，此外为保证传输标识符仅在带宽和时延的对传输质量的综合影响相同时才起作用，限制了标识符权重系数与归一化带宽余量权重系数和归一化传输时延权重系数相比应足够小。

第二方面，本申请的一些实施例提供一种用于片上总线的服务质量仲裁装置，所述服务质量仲裁装置包括：服务质量结果获取模块，被配置为获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；仲裁判据计算模块，被配置为至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；决策模块，被配置为根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

本申请的一些实施例通过提供的用于片上总线的服务质量仲裁装置，至少可以实现在同样优先级的多个主机之间更加合理的分配带宽，使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。

在一些实施例中，所述服务质量结果获取模块包括：归一化带宽余量计算模块，被配置为根据原归一化带宽余量值和更新步长确定本次仲裁的归一化带宽余量，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述更新步长是根据积分运算的系数K确定的，所述积分运算的系数K与计算平均带宽余量的滑动时间窗的长度相关；归一化时延计数模块，被配置为根据时延步长确定归一化传输时延，其中，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性。

本申请的一些实施例提供一种采用迭代方法获取归一化带宽余量和归一化传输时延的方法，使得计算更易实现。

在一些实施例中，所述更新步长包括衰减步长，当第i主机通过所述第一从机侧总线传输数据时所述归一化带宽余量的计算公式如下：

其中，

表征所述衰减步长，round()为四舍五入取整运算，N为正整数；或者

所述更新步长包括恢复步长，当所述第i主机没有通过所述第一从机侧总线传输数据时所述归一化带宽余量的计算公式如下：

w_i(t)＝w_i(t-1)+N，(N＝1，2，3，…，w_i(t)≥0)

其中，N取正整数，N表征恢复步长。

本申请的一些实施例提供了一种归一化带宽余量的量化方法，与前述本申请实施例提供的量化归一化带宽余量的公式相比，本实施例公式中各项进行了定点化处理，降低了实现电路的复杂度。

在一些实施例中，所述时延步长为所述各主机的最大允许延迟的倒数。

本申请的一些实施例为避免在计算归一化传输时延的过程中出现除法运算，将最大允许延迟的倒数作为计数器的计数步长。

在一些实施例中，所述仲裁判据计算模块包括：加权求和模块，被配置为根据约束条件，对所述优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延中的至少部分项加权求和，以获取所述仲裁判据值。

本申请的一些实施例提供了一种采用加权求和电路计算仲裁判据值的方式。

在一些实施例中，所述加权求和模块被配置为：当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同，则根据所述至少两个主机的归一化带宽余量权重系数、所述归一化带宽余量、归一化传输时延权重系数以及所述归一化传输时延确定所述仲裁判据值；当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同、且根据所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延确定的所述仲裁判据值相同，则根据识别符分量权重系数和所述识别符分量确定所述仲裁判据值；所述决策模块，被配置为根据所述仲裁判据值大小确定所述第一从机侧总线的使用权。

本申请一些实施例的对仲裁判决值进行约束，使得传输质量要求更高的业务能够尽快得到从机侧总线的使用权，且保证了如果多个主机传输质量要求相似时，随机为任意一个主机分配从机侧总线使用权的方案。

第三方面，本申请的一些实施例提供一种从机侧总线仲裁方法，所述从机侧中线仲裁方法，包括：获取第i主机发起的事务请求；根据如下公式确定所述第i主机的第i仲裁判据：J_i＝a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i+d*o_i(i＝0,1,…,n-1)其中，p_i为与所述第i主机对应的任务的优先级相关的优先级分量，a为所述优先级分量的优先级权重系数，w_i为用于表征所述第i主机对应的归一化带宽余量分量、b_i为所述第i主机对应的归一化带宽余量权重系数，l_i为用于表征所述第i主机对应的归一化传输时延分量、c_i为所述第i主机对应的归一化传输时延权重系数，o_i为与所述第i主机的识别号相关的识别号分量，d为识别号权重系数；确定从机侧就绪；确认所述第i仲裁判据的值最大；选通所述第i主机与所述从机侧，完成数据传输。

本申请的一些实施例通过仲裁判决计算公式来确定各主机是否可以获取从机侧总线的使用权，使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。

在一些实施例中，所述确认所述第i仲裁判据的值最大，包括：当确认所述第i主机对应的优先级分量p_i比所述其他主机的高，则直接确认所述第i主机的仲裁判据值最大；或者当多个主机的优先级分量相同，且所述第i主机的“b_i*w_i+c_i*l_i”的值大于所述其他主机相应部分的值，则直接确认所述第i主机的仲裁判决值最大；或者当所述第i主机对应的“a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i”与所述多个主机对应的部分都相同时，根据所述识别符分量和所述识别符权重系数，确认所述第i仲裁判据的值最大。

本申请的一些实施例采用多层级的灵活的仲裁判据值大小的判定方式，使得从机侧总线的使用权能够根据主机的传输质量要求进行动态调整。

在一些实施例中，所述确定从机侧就绪之前，所述从机侧中线仲裁方法还包括：采用先入先出缓存器存储所述事务请求。

本申请的一些实施例加入先入先出缓存器FIFO后，可以缓冲部分仲裁结果，缓解事务请求通道的阻塞。

第四方面，本申请的一些实施例提供一种总线，所述总线包括：第一从机侧总线，与多个主机一一对应设置的判据计算器，其中，所述判据计算器被配置为根据主机的服务质量结果计算所述主机的仲裁判据值，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机中各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机中各主机的事务请求进行服务的紧迫性；主机仲裁器，被配置为接收来自于多个所述判据计算器的所述仲裁判据值，并根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

本申请的一些实施例能够根据多个主机的传输质量要求动态调整从机侧总线的使用权。

在一些实施例中，所述总线为AXI总线，所述判据计算器与所述多个主机中各主机的地址通道一一对应设置；其中，所述多个主机将自己的地址通道接入到所述主机仲裁器，所述判据计算器连接所述主机仲裁器，以向所述主机仲裁器传送仲裁判据计算结果。

在一些实施例中，所述判据计算器，包括：归一化带宽余量计算器，被配置为根据确定的更新步长和传输有效信号统计归一化带宽余量的计数值；归一化时延计数器，被配置为根据确定的时延步长统计归一化传输时延计数值；加权求和模块，被配置为至少根据优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量的计数值以及所述归一化传输时延计数值确定仲裁判据值。

本申请的一些实施例通过以传输带宽和时延测量值作为被控变量，采用归一化以及加权求和的方法计算判据，为不同传输质量要求的主机间提供了可比的总线使用权切换依据。且这一判据是根据各主机的实时传输质量自动调节的，在工作过程中不需要过多的编程干预，可以动态适应多个主机的传输质量要求。

在一些实施例中，所述判据计算器包括：读判据计算器，被配置为计算读事务类任务对应的仲裁判据值；所述主机仲裁器包括：读事务仲裁器，被配置为根据所述读判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。

在一些实施例中，所述判据计算器包括：写判据计算器，被配置为计算写事务类任务对应的仲裁判据值；所述主机仲裁器包括：写事务仲裁器，被配置为根据所述写判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。

在一些实施例中，所述主机仲裁器包括：比较器，比较判据计算器得到的仲裁判据值的大小，将最大的判决值对应的主机作为仲裁结果值。

在一些实施例中，所述总线还包括：多路分配器，以及先入先出缓存器，其中，所述先入先出缓存器的输入端与所述主机仲裁器的输出连接，所述先入先出缓存器的输出端与所述多路分配器连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的用于片上总线的服务质量仲裁方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的用于片上总线的服务质量仲裁装置的组成框图；

图3为本申请实施例提供的总线组成结构框图；

图4为本申请实施例提供的AXI总线的判据计算器与主机仲裁器的连接关系示意图；

图5为本申请实施例提供的AXI总线的判据计算器的实现电路图；

图6为本申请实施例提供的图5包括的归一化带宽余量计算器的实现电路图；

图7为本申请实施例提供的图5包括的归一化传输时延计算器的实现电路图；

图8为本申请实施例提供的AXI总线包括的读判据计算器和读事务主机仲裁器的连接示意图；

图9为本申请实施例提供的AXI总线包括的写判据计算器和写事务主机仲裁器的连接示意图；

图10为本申请实施例提供的AXI总线包括的比较器以及多路选择器的连接关系图；

图11为本申请实施例提供的先入先出缓存器的连接关系图；

图12为本申请实施例提供的一种从机侧总线仲裁方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决背景技术中片上总线存在的问题，本申请一些实施例也引入了QoS技术对片上总线的仲裁策略进行改进。

相关技术的QoS方法主要是将传输事务分为多个优先级，对于需要高传输质量的事务采用高优先级。同时，这些优先级通常为固定分配，或者采用软件编程配置的方式提供有限的调整能力。因此，可以看出相关技术提供的动态调节能力有限，一旦各个事务的传输质量要求发生变化，不易调整策略。

在芯片内部，多个主机(master)会竞争一个从机(slave)的使用权，以完成自己的传输事务。每个主机的事务都有一定的传输质量要求，传输质量要求主要有传输优先级、带宽以及时延等。本申请实施例提出一种用于片上总线的服务质量(Quality of Service，QoS)仲裁策略以及实现方法，使片上总线具备动态、实时地根据服务质量目标自动仲裁确定从机使用权的能力。需要说明的是，本申请实施例提供的基于服务质量的仲裁方法和装置可以应用在多种片上总线(例如，AXI总线或者OPC总线等)。

请参看图1，图1为本申请一些实施例提供的一种用于片上总线的服务质量仲裁方法，所述服务质量仲裁方法包括：S101，获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；S102，至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；S103，根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

至少为了多个主机之间的服务质量结果的可比性，在本申请的一些实施例中，S101涉及的服务质量结果包括归一化带宽余量和归一化传输时延，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线在设定时间段(与滑动时间窗相关)内对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；相应的S102包括：确定所述多个主机中各主机对应的归一化带宽余量权重系数和归一化时延权重系数；至少根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时和所述归一化时延权重系数确定所述各主机的仲裁判据值。

下面示例阐述归一化带宽余量的定义以及获取方式。

带宽用于描述在完成某项任务时，在单位时间内，主机与从机进行交互(例如，执行读或写)的数据量，通常以KB/s、MB/s或者GB/s为单位。根据主机所执行的任务性质的不同，访问同一个从机时，不同主机所需的带宽不同。例如：视频解压加速器需要完成从主存中读取压缩码流的任务，也需要完成读取参考图像完成图像重建的任务(不限于此两项任务)。这两项任务所需的带宽要求是不一样的，由于压缩码流经过了压缩，去除了冗余数据，读取带宽小；而参考图像恢复了冗余数据，读取带宽大。

从机为各个主机提供的带宽是有限的，由总线时钟频率、总线位宽和总线效率等因素决定。而根据主机执行的任务的特性，各个主机的带宽需求(即为各主机分配的带宽限度或称为分配的带宽上限)一般是有限的，这一限度通常可以通过理论计算、仿真以及实际测试等手段获得。本申请一些实施例中的(绝对)带宽余量是指分配的带宽限度与主机当前实际占用带宽的差值。例如，为第一主机的分配带宽限度为800MB/s，当前第一主机实际占用了200MB/s，则当前第一主机的带宽余量为600MB/s(即绝对带宽余量值为600)。带宽余量可以有效描述从机(总线)对主机完成某一特定任务的支持能力，该值越大，则支持能力越强。

对于完成不同任务的不同主机，分配的带宽限度可能是不一样的。例如，主机1的分配的带宽限度为800MB/s，主机2的分配的带宽限度为400MB/s。如果主机1当前实际使用了500MB/s的带宽，而主机2当前实际使用了100MB/s的带宽，二者的带宽余量均为300MB/s，主机1和主机2的绝对带宽余量数量是一样的，但从机对主机2的支持能力高于对主机1的。本申请的一些实施例为更准确描述从机对不同主机的支持能力，便于对其进行比较，引入归一化相对带宽余量w_i(简称归一化带宽余量，下同)，该参数为带宽余量与分配的带宽限度的比值。归一化带宽余量参数无量纲，对于前述的例子，主机1的归一化带宽余量为3/8，而主机2的归一化带宽余量为3/4。对于不同的主机，归一化带宽余量对应的参数值越大，从机对该主机的支持能力越强，优先支持该主机的传输事务。

下面示例性说明获取归一化带宽余量的方法。

示例一

在本申请的一些实施例中，S101包括：根据获取的所述各主机的带宽余量和为所述各主机分配的带宽限度，得到所述各主机的归一化带宽余量。

例如，所述带宽余量是通过如下方式获取的：获取所述第一从机侧总线为第一主机分配的所述带宽限度；获取所述第一主机的实际占用带宽；根据所述带宽限度和所述实际占用带宽确定所述第一主机的带宽余量。具体可参考上述主机1和主机2的示例。

示例二

如果片上总线上有针对第i主机的数据传输，则在一段时间内第i主机的归一化带宽余量的计算公式为：

如果片上总线上没有针对第i主机的数据传输，则第i主机的归一化带宽余量的计算公式为：

w_i(t)＝w_i(t-1)+K，w_i(t)≤1 (2)

其中，w_i(t)代表t时刻归一化带宽余量(或称为归一化带宽余量)，

为衰减步长，代表每次数据传输消耗的带宽，K为积分运算的系数(用于保证带宽平稳分配)，1/K描述计算归一化带宽余量的滑动时间窗的长度，则K越小，计算归一化带宽余量的时间越长，得到的归一化带宽余量更精确，变化速度更慢，其中，公式(2)中的K表征了恢复步长。

wa_i参数用于表征为第i主机分配的带宽限制，即为第i主机分配的(绝对)带宽占总(绝对)带宽的比例；wi(t)是t时刻的归一化带宽余量，是实际(绝对)带宽余量与为第i主机分配的(绝对)带宽余量的比值，Wi(t)和wai都不能超过1。如前所述，为主机分配的带宽所用单位为KB/s、MB/s、GB/s等。对于一条确定的总线而言，其时钟频率是确定的，在相当长的一段时间内不会发生变化，且总线位宽也是固定的。因此，可以使用为第i主机分配的带宽限度和总线总带宽的比值来描述各个主机间带宽限制的关系，即wa_i。例如，如果一条总线上只有两个主机，为主机1分配800MB/s带宽，主机2分配400MB/s，则wa₁为2/3，wa₂为1/3。当一条总线的工作频率和位宽固定时，任何主机在该总线上进行一次有效传输，消耗的带宽都是一样的(总线的最大带宽)，但对各个主机所分配的带宽限度而言，所占比例与带宽限度(wa_i)成反比。因此，采用示例二方法计算得到的第i主机的归一化带宽余量w_i(t)和根据示例一的定义计算得到归一化带宽余量是等效的，且由于示例二的迭代算法，计算更易于实现。

为进一步降低电路实现复杂程度，本申请的一些实施例对上述公式(1)和公式(2)中的各项进行定点化。

例如，对于衰减步长(即片上总线上有针对第i主机的数据传输)，可以用N/K乘以公式中的更新步长(包括衰减步长和恢复步长)和积分系数，其中N为正整数，然后取整。则有：

相应地，当总线上没有针对第i主机的数据传输时，归一化带宽余量的计算公式为：

w_i(t)＝w_i(t-1)+N,(N＝1,2,3,…,w_i(t)≥0) (4)

其中，round()为四舍五入取整运算，由于w_i(t)为步长的累积值，对步长的缩放最终将影响w_i(t)的结果，所以无需对其进行单独的缩放运算。

对应衰减步长、N对应恢复步长。

下面示例阐述获取归一化传输时延的方式。

在本申请的一些实施例中，S101还包括；根据获取的所述各主机的传输时延和与所述各主机对应的传输时延容忍度，得到所述各主机的归一化传输时延。例如，所述传输时延是通过如下方式获取的：获取第二主机向所述第一从机发起事务请求的请求时刻；获取通过所述第一从机侧总线，发出的与所述事务请求对应的事务请求就绪时刻；根据所述事务请求就绪时刻和所述请求时刻，确定所述第二主机的传输时延。

具体原理阐述如下。

时延是传输质量评估要考虑的另外一个重要因素，本申请的实施例的传输时延是指主机发起传输事务请求，到该事务请求所涉及的事务请求就绪间的时间差。通常以秒、毫秒、微秒、纳秒等为单位，对于给定时钟频率的总线，也可以以时钟周期数描述。

和带宽类似，根据任务的特性，不同主机能容忍的传输时延也是有区别的。例如，一个系统要完成音频和视频播放功能，由于人耳对时间偏差的灵敏度高于人眼对时间偏差的灵敏度。因而，用于音频数据传输任务的主机对传输时延容忍度低于用于视频数据传输任务的主机。传输时延容忍度也可以通过和获取带宽限度类似的方式获取。

同样地，为使不同主机间的延时参数具有可比性，本申请的一些实施例定义类似归一化带宽余量的参数，即归一化传输时延(例如，下文公式中的l_i)。归一化传输时延参数为主机的时延值与对应的时延容忍度的比值，该参数越大，说明对应主机需要从机对其事务请求进行服务的紧迫性越高，需要优先进行传输。

需要说明的是，为了确保多个主机之间传输质量的可比性，上述S102涉及的归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数的大小需要满足相关条件或者可调整。例如，归一化带宽余量权重系数b_i和归一化传输时延权重系数c_i分别代表传输带宽和传输时延对传输质量的影响，如果传输带宽对主机正在执行的任务影响较大，则b_i相对较大；如果传输时延对主机正在执行的任务影响较大，则c_i相对较大。例如，本申请的一些实施例还根据传输质量要求(包括传输带宽和传输时延)的时变性，调整所述归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数中至少一个的值。也就是说，归一化带宽余量对应的归一化带宽余量权重系数和归一化传输时延对应的归一化传输延时权重系数可以是变量，可以根据归一化带宽余量和归一化传输时延这两个分量的值分段设置。例如，通过寄存器设置多组归一化带宽余量权重系数和归一化传输时延权重系数，并根据归一化带宽余量和归一化传输时延的分量值实时选择，以自动适应主机执行的任务对应的传输质量要求的变化。

本申请的一些实施例为了解决在多个主机的优先级分量相同、且根据归一化带宽余量和归一化传输时延得到的仲裁判据值也相同时，如何确定从机侧总线的使用权的问题，在仲裁判据计算公式中还增加了辅助判据分量(即识别号以及与识别号相应的识别号权重系数)。也就是说，本申请的一些实施例提供的用于片上总裁的服务质量仲裁方法在执行S102之前，还包括：获取各主机的识别号(例如，可以是传输ID号或者逻辑上的主机接口号等)以及与识别号对应的识别号权重系数。相应的，S102包括：根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时、所述归一化时延权重系数、所述识别号和所述识别号权重系数确定所述仲裁判据值，其中，所述识别号权重系数与所述归一化带宽余量权重系数的差值大于第一设定阈值，且所述识别号权重系数与所述归一化时延权重系数的差值大于第二设定阈值。

本申请的一些实施例设置的归一化带宽余量权重系数和归一化传输时延权重系数的值远远大于识别号权重系数(或称为标识号权重系数)，以使识别号作为仲裁最后一个措施而被选择。需要说明的是，主机的标识号(即识别号)用于唯一表征主机，例如，识别号可以为某一次传输的传输ID号或者逻辑上的主机接口号等。

如图2所示，本申请的一些实施例提供一种用于片上总线的服务质量仲裁装置，所述服务质量仲裁装置包括：服务质量结果获取模块100，被配置为获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；仲裁判据计算模块200，被配置为至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；决策模块300，被配置为根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

需要说明的是，服务质量结果获取模块100、仲裁判据计算模块200以及决策模块300这三个模块中的任意一个模块的功能在具体实现时，既可以采用纯软件方式实现，也可以采用软件和硬件结合的方式实现。此外，对于这些模块的具体实现方式和原理说明也可以参考上文对于用于片上总线的服务质量仲裁方法的相关说明，在此不做过多重复赘述。

下面示例性阐述硬件实现这些功能模块的参考电路。

作为本申请的一个示例，服务质量结果获取模块100包括：归一化带宽余量计算模块(图中未示出)，被配置为根据原归一化带宽余量值和更新步长确定本次仲裁的归一化带宽余量，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线在设定时间段内对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述更新步长是根据积分运算的系数K确定的，所述积分运算的系数K与计算平均带宽余量的滑动时间窗的长度相关；归一化时延计数模块(图中未示出)，被配置为根据时延步长确定所述归一化传输时延，其中，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性。

需要说明的是，为了降低电路的复杂度，归一化带宽余量计算模块采用的计算公式如上文公式(3)和公式(4)，为避免重复在此不做过多赘述。更新步长如上文说书包括衰减步长和恢复步长。

在申请的一些实施例中，归一化时延计数模块涉及的时延步长为所述各主机的最大允许延迟的倒数。例如，当第i主机发起一次事务请求时，启动时延计数器对总线传输时钟进行计数，直到第i主机获得从机侧总线使用权，将时延计数器清零。由于任务类型不同，不同主机对总线传输延迟的容忍程度是不同的，这种容忍程度用最大允许延迟值(绝对时间或者时钟周期数)描述，时延计数器的计数值与最大允许延迟的比值即作为请求者i的归一化传输时延，从传输延迟的角度表征主机获取从机侧总线使用权的急迫程度。也就是说，为避免在计算过程中出现除法运算，本申请的一些实施例将最大允许延迟的倒数作为归一化时延计数模块的计数步长，得到的计数值与按定义得到的归一化传输时延l_i等价。例如，主机1的最大允许延迟为32个时钟周期，主机2的为128个时钟周期，则主机1的步长为1/32，主机2为1/128。为便于使用整数进行计数，步长分别乘以128，同时，两个计数器的计数范围均定为0～127，则计数步长分别调整为4和1。可以理解的是，归一化时延计数模块的计数步长越大，主机对传输延迟容忍程度越低。

在本申请的一些实施例中，仲裁判据计算模块200还包括：加权求和模块，被配置为根据约束条件，对所述优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延中的至少部分项加权求和，以获取所述仲裁判据值。具体地，当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同，则根据所述至少两个主机的归一化带宽余量权重系数、所述归一化带宽余量、归一化传输时延权重系数以及所述归一化传输时延确定所述仲裁判据值；当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同、且根据所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延确定的所述仲裁判据值相同，则根据识别符分量权重系数和所述识别符分量确定所述仲裁判据值；所述决策模块，被配置为根据所述仲裁判据值大小确定所述第一从机侧总线的使用权。对于仲裁判据计算模块的相关计算过程也可以参考下文公式5，为避免重复在此不做过多赘述。

下面示例性阐述采用本申请仲裁机制的总线。

如图3所示，本申请的一些实施例还提供一种总线10，所述总线10包括：第一从机侧总线410，与多个主机一一对应设置的判据计算器420，其中，判据计算器420被配置为根据主机服务质量结果计算所述主机的仲裁判据值，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机(即同时竞争第一从机侧总线使用权的多个主机)中各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机中各主机的事务请求进行服务的紧迫性；主机仲裁器430，被配置为接收来自于多个所述判据计算器的所述仲裁判据值，并根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

需要说明的是，本申请的实施例并不限定片上总线的具体类型。在一些实施例中，总线为AXI总线。在一些实施例中，总线为OPC总线。

下面以AXI总线为例，示例性阐述判据计算器420以及主机仲裁器430的结构和工作过程。

在本申请的一些实施例中，所述总线为AXI总线，所述判据计算单元与所述多个主机中各主机的地址通道一一对应设置；其中，所述多个主机将自己的地址通道接入到所述主机仲裁器，所述判据计算器连接所述主机仲裁器，以向所述主机仲裁器传送仲裁判据计算结果。

如图4所示，该图共示出了n个判据计算器(即，判据计算器0、判据计算器1……判据计算器n-1，对应于图3的多个判据计算器420)，这n个判据计算器与主机地址通道数量相同(即，与图4的主机0地址通道相应设置的判据计算器0、与图4的主机1的地址通道对应设置的判据计算器1……，以及与图4的主机n-1地址通道对应设置的判据计算器n-1)。n-1个判据计算器的输出端与主机仲裁器430连接。对于图4各通道输入判据计算器的信号可参考下文图8或图9，在此做过多赘述。

图4还包括多路选择/分配器400，该多路选择/分配器400的输入端用于与主机仲裁器430的输出端连接，以接收主机仲裁器经过比较获取的仲裁结果信号，以选通某个主机数据/响应通道与从机侧数据/响应通道；主机仲裁器430的输出端与从机侧总线地址通道连接。

图4的n-1个共用一条总线的主机将自己的地址通道接入到主机仲裁器430，同时，用于仲裁判据计算的信号接入各自的判据计算器。各判据计算器连接主机仲裁器430，以向主机仲裁器430传送判据(判据即下文J_i)计算结果。主机仲裁器430将仲裁结果传输至多路选择/分配器400，以选通某个主机的数据/响应通道与从机侧总线的数据/响应通道。以AXI总线为例，仲裁判决计算的信号包括读事务相关信号和写事务相关的信号，其中，读事务相关的信号包括arid、arvalid、arready、rvalid、rready，写事务相关信号包括awid、awvalid、awready、wvalid、wready。

下面示例性阐述判据计算器420的结构。

如图5所示，本申请一些实施例的判据计算器420包括：归一化带宽余量计算器421，被配置为根据确定的更新步长和传输有效信号统计归一化带宽余量的计数值；归一化时延计数器422，被配置为根据确定的时延步长统计归一化传输时延计数值；加权求和模块423，被配置为至少根据优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量的计数值以及所述归一化传输时延技术值确定仲裁判据值。

如图5所示，AXI总线上用于触发归一化带宽余量计算器421进行计数的信号为传输有效信号，其中，传输有效信号包括地址、数据传输有效信号(分别对应于图8各主机的ARVALD、RVLID信号或图9的AWVALD、WVLID信号)和地址、数据接收就绪信号(分别对应于图8各主机的ARREADY、RREADY信号或图9的AWREADY、WREADY信号)。归一化带宽余量计算器421根据上述公式(3)或者公式(4)根据更新步长来确定归一化带宽余量，对于更新步长的概念以及求解方式具体可以参考上文描述，为避免重复在此不做过多赘述。

如图5所示，AXI总线上用于触发归一化传输时延计数器422(对应于上文的时延计数器)进行计数的信号包括事务接收就绪信号(对应于图8各主机的ARREADY_Mx信号或图9的AWREADY_Mx信号)和事务请求有效信号。归一化传输时延计数器422根据上述方案定义的时延步长来确定归一化传输时延分量的值，对于时延步长等的概念以及求解方式具体可以参考上文描述，为避免重复在此不做过多赘述。

如图5所述，加权求和模块423根据接收的各分量权重(即与优先权对应的优先权权重系数、与归一化带宽余量对应的归一化带宽余量权重系数、与归一化传输时延对应的归一化传输时延权重系数以及与标识符对应的标识符权重系数)的值，以及四个判据分量的值(即优先级分量pi的值、归一化带宽余量wi的值、归一化传输时延li的值以及标识符o_i的值)，采用下文的公式(5)计算并向主机仲裁器430输出仲裁判据值。

作为一个示例，图5的归一化带宽余量计算器421的电路结构如图6所示，该图的归一化带宽余量计算器421包括：两个输入端，即衰减步长(例如，前文的

，具体含义请参考前文)输入端和恢复步长(例如，前文某些实施例的N，具体含义请参考前文)输入端，以及一个输出端，即用于输出归一化带宽余量分量值(w_i(t))的输出端。图6的衰减步长和恢复步长输入两路选择器610。数据传输有效(xVALID)和数据接收就绪(xREADY)信号连接到一个与门611的输入端。与门611的输出端连接到两路选择器610的选择端，选择端为高电平时，选择衰减步长，低电平时选择恢复步长到两路选择器610的输出端。两路选择器610的输出与寄存器输出的上一个时钟周期带宽余量分量(w_i(t-1))通过加法器612相加。加法器612输出经过第一限幅器614限制幅度得到当前时钟周期的归一化带宽余量(w_i(t))，在当前时钟周期的上升沿保存到第一寄存器616中。以替换上一个时钟周期的归一化带宽余量分量，并从第一寄存器616的输出端输出。

作为一个示例，图5的归一化传输时延计数器422的电路结构如图7所示，该图的归一化传输时延计数器422包括：事务接收有效(AxVALID)、事务接收就绪(AxREADY)和时延步长(N)对应的输入端，以及一个输出端，用于输出归一化时延分量值(l_i(t))。图7的加法器710将寄存器715输出的上一个时钟周期的归一化时延分量值(l_i(t-1))与时延步长相加，然后输出到第一两路选择器711。第一两路选择器711用前述事务接收有效为判决依据，当前述事务接收有效信号为高电平时，第一两路选择器711输出加法器710的计算结果到第二两路选择器713；当事务接收有效信号为低电平时，选择输出寄存器保存的上一个时钟周期的归一化时延分量值到第二两路选择器713。前述事务接收有效和事务接收就绪用一个与门712进行与运算，与门712的输出用作前述第二两路选择器713的判决依据。当前述与门712输出高电平时，前述第二两路选择器713输出0；前述与门输出低电平时，第二两路选择器713输出第一两路选择器711的输出值。第二两路选择器713的输出通过第二限幅器714限制幅度，然后输出到第二寄存器715，在当前时钟的上升沿替换寄存器中保存的归一化时延分量值，进行输出并保持到下一个时钟周期的上升沿。

需要说明的是，如6和图7所涉及的恢复步长、衰减步长、时延步长参数可以通过预先配置寄存器、硬连线以及描述符的方式进行配置，对于这些参数的具体取值可以通过前文的相关公式(例如，公式(2)中相关参量)来获取，在此不做过多赘述。以通过配置寄存器配置带宽余量步长为例，首先根据主机执行任务的特征确定主机的(绝对)分配的带宽限制；然后计算wa_i，同时选定滑动平均计算窗口长度，以确定积分系数K；合理选择倍数N，确保所有主机的步长均为正整数。

下面结合图3和图5示例性说明第一主机获取从机侧总线使用权的过程。

图3的判据计算器420会在每个ACLK时钟的上升沿检测传输有效(即图5的数据传输有效信号，该信号可表征为xVALID)和接收就绪(图5的数据接收就绪信号，可表征为xREADY)信号，当二者均为高时，表明第一主机数据通道上有一次数据传输，则第一主机的仲裁判据对应的归一化带宽余量(即w_i(t))减少一个步长(即衰减步长)；否则(xVALID或xREADY为低)，归一化带宽余量增加一个步长(即增加一个恢复步长)。当第一主机在地址总线上发起一个事务请求时(例如，AxVALID为高)，判据计算器420开始计算判据，结果送主机仲裁器430，与其他判据计算器(同为写事务或读事务)的结果进行比较。

如果第一主机判据为最大且从机侧为就绪状态，则第一主机获得从机侧总线控制权(对应接通图8的ARxx_S)，主机仲裁器430将第一主机事务通道的标识符(AxID)、地址(AxADDR)、传输位宽(AxSIZE)、传输长度(AxLEN)、猝发类型(AxBURST)等信号以及AxVALID选通到从机侧总线上的相应信号线上。同时，将从机侧地址通道的就绪信号(AxREADY，此时应为高)选通到第一主机的地址通道就绪信号上，主机的该次事务请求完成。另外，主机仲裁器430还要控制数据/响应通道上的多路选择器和分配器，为第一主机和从机侧总线建立传输链路。

如果第一主机仲裁判据值不是最大，或者从机侧总线忙，则第一主机的事务请求被挂起(AxVALID保持高)。第一主机的事务通道信号不影响从机侧总线事务通道信号，一个计数器用来对事务挂起状态持续计数更新，第一主机的归一化带宽余量w_i(t)也持续更新，仲裁判据值持续计算，供从机侧总线被释放(就绪)后参与下一次主机仲裁。

当一个主机获得从机侧总线使用权后，其数据通道将占据从机侧的数据通道(对于读事务，数据通道包括响应信号)，直到对应事务请求的传输完成(从机侧收到响应信号)。从机侧指示传输完成的响应信号(xVALID、xREADY均为高，如果是读事务的话，RLAST信号也为高)同时送到主机仲裁器，是否主机对从机侧总线的占用，使能一下次主机仲裁。

由于AXI总线读写事务分开，对于各个主机，有两个独立的判据计算器，分别计算读事务判据(例如，图8的三个读判据计算器)和写事务判据(例如，图9的三个写判据计算器)。主机仲裁器也有两个，供读事务(例如，图8的读事务主机仲裁器)和写事务(例如，图9的写事务主机仲裁器)分别使用。按照AXI协议规定，写事务具有单独的响应通道用于指示写事务最终完成；而读事务的在最后一笔读数据完成传输时自动结束。

也就是说，在本申请的一些实施例中，所述判据计算器420包括：读判据计算器(如图8所示)，被配置为计算读事务类任务对应的读事务仲裁判据值；所述主机仲裁器430包括：读事务仲裁器(如图8所示)，被配置为根据所述读判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。在本申请的一些实施例中，所述判据计算器包括：写判据计算器(如图9所示)，被配置为计算写事务类任务对应的仲裁判据值；所述主机仲裁器包括：写事务仲裁器432(如图9所示)，被配置为根据所述写判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。

图8和图9属于AXI总线，按照AXI总线协议规定，AXI总线的写事务通道(包括：写地址通道、写数据通道以及写响应通道)和读事务通道(读地址通道和读数据/响应通道)相互独立。本申请一些实施例的AXI总线的QoS总线仲裁器结构如图8和图9所示。

图8的判据计算器420具体包括与ARxx_M0对应的第0读判据计算器、与ARxx_M1对应的第1读判据计算器，……，以及与ARxx_M3对应的第3读判据计算器共四个读判据计算器，其中，各读判据计算器分别用于接收相应读通道的传输有效信号(例如，即读地址有效信号(即ARVALID_M0等)或者读数据有效信号(即，RVALID_M0)。图8的各读判据计算器向读事务主机仲裁器431发送计算的仲裁判据值，以供读事务主机仲裁器431选择可以和从机侧总线通信的目标主机。其中，图8中各信号的含义如下表所示。

图9与图8的差异在于，将读判据计算器替换为写判据计算器，将读事务主机仲裁器431替换为写事务主机仲裁器432，并相应替换了输入信号。

其中，图9中各信号的含义如下表所示。

在本申请的一些实施例中，主机仲裁器430包括：比较器，比较判据计算器得到的仲裁判据值的大小，将最大的判决值对应的主机作为仲裁结果值。

如图10所示，图10的比较器接收第0主机的仲裁判据值、第1主机的仲裁判据值，……以及第n-1主机的共n个仲裁判决值并比较这n个判据仲裁值的大小，将仲裁判据值最大的主机信息输出至多路选择器和事务传输就绪多路分配器，以供多路选择器选通相应的主机地址通道与从机侧地址通道进行通信。

在本申请的一些实施例中，所述总线还包括：多路分配器，以及先入先出缓存器，其中，所述先入先出缓存器的输入端与所述主机仲裁器的输出连接，所述先入先出缓存器的输出端与所述多路分配器连接。

请参考图8虚线内的电路连接，其与图11的差异在于，图11增加了先入先出寄存器。也就是说，如图8所示，在本申请的一些实施例中，读事务主机仲裁器与读数据/响应多路分配器直接连接，而在本申请的另一些实施例中，如图11所示，读事务主机仲裁器431产生的主机选择信号通过FIFO与读数据/响应多路分配器连接。

下面示例性阐述任意一个主机(即第i主机)获取从机侧总线使用权并进行数据传输的过程。

如图12所示，图12提供了本申请一些实施例的一种从机侧总线仲裁方法，所述从机侧中线仲裁方法采用图3总线上的多个判据计算器420和主机仲裁器430来执行。

如图12，本申请一些实施例的从机侧总线仲裁方法包括：

S301，获取第i主机发起的事务请求。

S302，根据如下公式确定与第i主机仲裁判决值，即第i仲裁判据：

J_i＝a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i+d*o_i(i＝0，1，…，n-1) (5)

其中，p_i为与所述第i主机对应的任务的优先级相关的优先级分量，a为优先级分量的权重系数，w_i为用于表征所述第i主机对应的归一化带宽余量、b_i为所述第i主机对应的归一化带宽余量权重系数，l_i为用于表征所述第i主机对应的归一化传输时延、c_i为所述第i主机对应的归一化传输时延权重系数，o_i为与所述第i主机的识别号相关的识别号分量，d为识别号权重系数；

S303，确定从机侧就绪。

S304，确认所述第i仲裁判据的值最大。

S305，选通所述第i主机与所述从机侧，完成数据传输。

也就是说，第i主机发起事务请求后，判据计算器i连续计算仲裁判据值，并将计算结果送到主机仲裁器。如果从机侧空闲，则第i主机的仲裁判据值和其他发起事务请求的主机的仲裁判据值一起在主机仲裁器中进行比较。如果第i主机的仲裁判据值最大，则第i主机获得从机侧总线使用权。否则(即从机侧忙或者第i主机判据值不是最大)，第i主机的事务请求将被挂起，回到采用判据计算器计算判据步骤。当第i主机获得从机侧总线使用权时，第i主机被选通到从机侧，第i主机的事务请求被从机侧接受。然后，第i主机与从机传输数据(读数据或写数据)与响应。最后一笔数据/响应传输完成后，从机侧总线被释放，回到就绪状态，第i主机的事务完成。

需要说明的是，上述公式(5)中共包括四个判据分量，分别为：根据优先级权重系数和优先级相乘得到的优先级分量(即，a*p_i)，根据归一化带宽余量和归一化带宽余量权重系数相乘得到的归一化带宽余量分量，根据归一化传输时延和归一化传输时延权重系数相乘得到的归一化传输时延分量，以及根据标识符和标识符权重系数相乘得到的标识符分量。采用这四个判据分量来决定最终的仲裁判据值J_i时存在如下约束条件。

对于仲裁判据值J_i，a表征优先级权重系数，b_i表征归一化带宽余量权重系数，c_i表征归一化传输延时权重系数、d表征标识符权重系数。对于所有的判据，有如下约束条件：

w_i∈[0，1]，l_i∈[0,1](i＝0，1，…，n-1) (6)

b_i+c_i＝b_j+c_j(i，j＝0，1，…，n-1) (7)

o_i≠o_j(i,j＝0，1，…，n-1) (8)

如果：p_i>p_j则：J_i>J_j(i，j＝0，1，…，n-1) (9)

否则，如果：b_i*w_i+c_i*l_i>b_j*w_j+c_j*l_j则：J_i>J_j(i，j＝0，1，…，n-1) (10)

本申请的一些实施例同时计算所有发起事务请求的多个主机的仲裁判据值，仲裁判决值最大者获得从机侧总线使用权，完成传输事务。对b_i、c_i系数的限定需要确保不同主机传输质量要求间的可比性；对o_i唯一性的要求确保任何一次仲裁都会有一个唯一的结果。

当多个主机竞争从机侧总线使用权时，如果某个或某几个主机判据的优先级分量(p_i)比其他主机的高，则具有低优先级分量的主机必然丧失从机侧总线的使用权。从机侧总线使用权在具有最高优先级分量值的几个主机间仲裁。

如果几个主机的优先级p_i相同，但其中某一个的“b_i*w_i+c_i*l_i”的值大于其他主机，则该主机获得从机侧总线使用权。例如，如果主机1和w_i参数大于主机2，但l_i参数小于主机2，而通过系数b_i和c_i的调整，主机2事务请求的传输紧迫性更大，即主机2的b_i*w_i+c_i*l_i值更大，则由主机2获得从机侧总线使用权。

当各个主机判据的a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i部分都相同时，由o_i保证始终有唯一的一个主机获得总线使用权。这种情况下，该主机在完成当前传输事务后，w_i和l_i值会变小，在下一轮仲裁中必然失去总线使用权，不会阻塞其他主机的传输事务。

也就是说，S304包括：当确认所述第i主机对应的优先级分量p_i比所述其他主机(即多个同时与第i主机竞争从机侧总线使用权的其他主机)的高，则直接确认所述第i主机的仲裁判据值最大；或者当所述多个主机的优先级分量相同，且所述第i主机的“b_i*w_i+c_i*l_i”的值大于所述其他主机相应部分的值(即公式(5)的中间两个判据分量的和)，则直接确认所述第i主机的仲裁判决值最大；或者当所述第i主机对应的“a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i”与所述多个主机对应的部分都相同时(即公式(5)的前三个判据分量的和)，根据标识符判据分量和所述标识符的权重系数，确认所述第i仲裁判据的值最大。

需要说明的是，为了缓解部分仲裁结果被阻塞的风险，本申请的一些实施例在执行S303之前还包括：采用先入先出缓存器存储所述事务请求。也就是说，当确定第i主机的仲裁判决值最大时，可以将第i主机的事务请求信号存入先入先出缓存器。为了避免重复，对于与上述用于片上总线的服务质量仲裁方法以及装置相同的技术内容，在此不做过多赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (25)

1.一种用于片上总线的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述服务质量仲裁方法包括：

获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；

至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；

根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

2.如权利要求1所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述服务质量结果包括归一化带宽余量和归一化传输时延，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线在设定时间段内对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；

所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值，包括：

确定所述多个主机中各主机对应的归一化带宽余量权重系数和归一化时延权重系数；

至少根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时和所述归一化时延权重系数确定所述各主机的仲裁判据值。

3.如权利要求2所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，包括：

根据获取的所述各主机的带宽余量和为所述各主机分配的带宽限度，得到所述各主机的归一化带宽余量；

根据获取的所述各主机的传输时延和与所述各主机对应的传输时延容忍度，得到所述各主机的归一化传输时延。

4.如权利要求3所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述带宽余量是通过如下方式获取的：

获取所述第一从机侧总线为第一主机分配的所述带宽限度；

获取所述第一主机的实际占用带宽；

根据所述带宽限度和所述实际占用带宽确定所述第一主机的带宽余量。

5.如权利要求3所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述传输时延是通过如下方式获取的：

获取第二主机向所述第一从机发起事务请求的请求时刻；

获取通过所述第一从机侧总线，发出的与所述事务请求对应的事务请求就绪时刻；

根据所述事务请求就绪时刻和所述请求时刻，确定所述第二主机的传输时延。

6.如权利要求2所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，第i主机对应的所述归一化带宽余量是通过如下两个公式之一计算得到的：

当所述第一从机侧总线有针对所述第i主机的数据传输时，所述第i主机的归一化带宽余量为：

当所述第一从机侧总线无来自于所述第i主机的数据传输时，所述第i主机的归一化带宽余量为：

w_i(t)＝w_i(t-1)+K，w_i(t)≤1

其中，

n表征所述多个主机的总数目且n为大于或等于1的自然数；i表示所述多个主机中任意一个主机的编号；wa_i的取值是通过获取为所述各主机分配的带宽限度之间的比例关系确定的；K为积分运算的系数，1/K用于表征所述归一化带宽余量的滑动时间窗的长度；w_i(t-1)表征上一个时刻对应的所述归一化带宽余量。

7.如权利要求2所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数是根据确保所述多个主机之间传输质量要求的可比性原则确定的。

8.如权利要求2所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述确定所述多个主机中各主机对应的归一化带宽余量权重系数和归一化时延权重系数还包括：

根据传输质量要求的时变性，调整所述归一化带宽余量权重系数和所述归一化时延权重系数中至少一个的值。

9.如权利要求5所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值之前，所述服务质量仲裁方法还包括：

获取各主机的识别号以及与识别号对应的识别号权重系数；

所述至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值，包括：

根据所述归一化带宽余量、所述归一化带宽余量权重系数、所述归一化延时、所述归一化时延权重系数、所述识别号和所述识别号权重系数确定所述仲裁判据值，其中，所述识别号权重系数与所述归一化带宽余量权重系数的差值大于第一设定阈值，且所述识别号权重系数与所述归一化时延权重系数的差值大于第二设定阈值。

10.一种用于片上总线的服务质量仲裁装置，其特征在于，所述服务质量仲裁装置包括：

服务质量结果获取模块，被配置为获取第一从机侧总线对多个主机中各主机的服务质量结果，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性；

仲裁判据计算模块，被配置为至少基于所述服务质量结果获取与所述多个主机对应的多个仲裁判据值；

决策模块，被配置为根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

11.如权利要求10所述的服务质量仲裁装置，其特征在于，所述服务质量结果获取模块包括：

归一化带宽余量计算模块，被配置为根据原归一化带宽余量值和更新步长确定本次仲裁的归一化带宽余量，其中，所述归一化带宽余量用于表征所述第一从机侧总线在设定时间段内对所述各主机所要完成任务的支持能力，所述更新步长是根据积分运算的系数K确定的，所述积分运算的系数K与计算平均带宽余量的滑动时间窗的长度相关；

归一化时延计数模块，被配置为根据时延步长确定归一化传输时延，其中，所述归一化传输时延用于表征所述第一从机侧总线对所述各主机的事务请求进行服务的紧迫性。

12.如权利要求11所述的服务质量仲裁装置，其特征在于

所述更新步长包括衰减步长，当第i主机通过所述第一从机侧总线传输数据时所述归一化带宽余量的计算公式如下：

其中，

表征所述衰减步长，round()为四舍五入取整运算，N为正整数；或者

所述更新步长包括恢复步长，当所述第i主机没有通过所述第一从机侧总线传输数据时所述归一化带宽余量的计算公式如下：

w_i(t)＝w_i(t-U+N，(N＝1，2，3，...，w_i(t)≥0)

其中，N为所述恢复步长，N取正整数。

13.如权利要求11所述的服务质量仲裁方法，其特征在于，所述时延步长为所述各主机的最大允许延迟的倒数。

14.如权利要求11所述的服务质量仲裁装置，其特征在于，所述仲裁判据计算模块包括：加权求和模块，被配置为根据约束条件，对优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延中的至少部分项加权求和，以获取所述仲裁判据值。

15.如权利要求14所述的服务质量仲裁装置，其特征在于，所述加权求和模块被配置为：

当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同，则根据所述至少两个主机的归一化带宽余量权重系数、所述归一化带宽余量、归一化传输时延权重系数以及所述归一化传输时延确定所述仲裁判据值；

当所述多个主机中至少两个主机的优先级分量相同、且根据所述归一化带宽余量以及所述归一化传输时延确定的所述仲裁判据值相同，则根据识别符分量权重系数和所述识别符分量确定所述仲裁判据值；

所述决策模块，被配置为根据所述仲裁判据值大小确定所述第一从机侧总线的使用权。

16.一种从机侧总线仲裁方法，其特征在于，所述从机侧中线仲裁方法，包括：

获取第i主机发起的事务请求；

根据如下公式确定所述第i主机的第i仲裁判据：

J_i＝a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i+d*o_i(i＝0，1，...，n-1) (1)

其中，p_i为与所述第i主机对应的任务的优先级相关的优先级分量，a为所述优先级分量的优先级权重系数，w_i为用于表征所述第i主机对应的归一化带宽余量分量、b_i为所述第i主机对应的归一化带宽余量权重系数，l_i为用于表征所述第i主机对应的归一化传输时延分量、c_i为所述第i主机对应的归一化传输时延权重系数，o_i为与所述第i主机的识别号相关的识别号分量，d为识别号权重系数；

确定从机侧就绪；

确认所述第i仲裁判据的值最大；

选通所述第i主机与所述从机侧，完成数据传输。

17.如权利要求16所述的从机侧总线仲裁方法，其特征在于，所述确认所述第i仲裁判据的值最大，包括：

当确认所述第i主机对应的优先级分量p_i比其他主机的高，则直接确认所述第i主机的仲裁判据值最大；或者

当多个主机的优先级分量相同，且所述第i主机的“b_i*w_i+c_i*l_i”的值大于所述其他主机相应部分的值，则直接确认所述第i主机的仲裁判决值最大；或者

当所述第i主机对应的“a*p_i+b_i*w_i+c_i*l_i”与所述多个主机对应的部分都相同时，则根据所述识别号分量和所述识别号权重系数，确认所述第i仲裁判据的值最大。

18.如权利要求16所述的从机侧总线仲裁方法，其特征在于，所述确定从机侧就绪之前，所述从机侧总线仲裁方法还包括：采用先入先出缓存器存储所述事务请求。

19.一种总线，其特征在于，所述总线包括：

第一从机侧总线，

与多个主机一一对应设置的判据计算器，其中，所述判据计算器被配置为根据主机的服务质量结果计算所述主机的仲裁判据值，其中，所述服务质量结果包括用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机中各主机所要完成任务的支持能力和用于表征所述第一从机侧总线对所述多个主机中各主机的事务请求进行服务的紧迫性；

主机仲裁器，被配置为接收来自于多个所述判据计算器的所述仲裁判据值，并根据所述仲裁判据值确定所述第一从机侧总线的使用权。

20.如权利要求19所述的总线，其特征在于，所述总线为AXI总线，所述判据计算器与所述多个主机中各主机的地址通道一一对应设置；

其中，所述多个主机将自己的地址通道接入到所述主机仲裁器，所述判据计算器连接所述主机仲裁器，以向所述主机仲裁器传送仲裁判据计算结果。

21.如权利要求20所述的总线，其特征在于，所述判据计算器，包括：

归一化带宽余量计算器，被配置为根据确定的更新步长和传输有效信号统计归一化带宽余量的计数值；

归一化时延计数器，被配置为根据确定的时延步长统计归一化传输时延计数值；

加权求和模块，被配置为至少根据优先级分量、识别符分量、所述归一化带宽余量的计数值以及所述归一化传输时延计数值确定仲裁判据值。

22.如权利要求20所述的总线，其特征在于，

所述判据计算器包括：读判据计算器，被配置为计算读事务类任务对应的读事务仲裁判据值；

所述主机仲裁器包括：读事务仲裁器，被配置为根据所述读判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。

23.如权利要求20所述的总线，其特征在于，

所述判据计算器包括：写判据计算器，被配置为计算写事务类任务对应的仲裁判据值；

所述主机仲裁器包括：写事务仲裁器，被配置为根据所述写判据计算器的输出值确定所述第一从机侧总线的使用权。

24.如权利要求20所述的总线，其特征在于，所述主机仲裁器包括：比较器，比较判据计算器得到的仲裁判据值的大小，将最大的判决值对应的主机作为仲裁结果值。

25.如权利要求24所述的总线，其特征在于，所述总线还包括：

多路分配器，

先入先出缓存器，其中，所述先入先出缓存器的输入端与所述主机仲裁器的输出连接，所述先入先出缓存器的输出端与所述多路分配器连接。

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