FPGA - 仲裁器的设计实现

2024-04-16 06:20
文章标签 实现 设计 fpga 仲裁

本文主要是介绍FPGA - 仲裁器的设计实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一,为什么做仲裁

在多主单从的设计中,当多个源端同时发起传输请求时,这个时候就需要仲裁器来根据优先级来判断响应哪一个源端,向其传输数据。比如:以太网仲裁,DDR仲裁,光纤传图仲裁.....

二,仲裁类别

仲裁器分为轮询仲裁(Round-Robiin)固定优先级仲裁(Fixed-Priority),轮询仲裁,各个源端优先级相同,当同时发起请求时,依次进行响应,而固定优先级仲裁就是根据优先级顺序依次进行响应。

轮询仲裁:每一路数据的优先级都是一样的

中断仲裁:有一路或者多路的优先级是最高的

用的比较多的方法就是轮询仲裁

三,轮询仲裁

在实际项目中,如果需要用到仲裁,可以以2路数据作为分析:

① :缓存每一路的数据

        使用两个FIFO

        数据FIFO缓存:data+last(last信号的作用指示每一帧数据的边界)

        控制FIFO缓存:缓存数据对应的信息:类型、地址、长度……

② :设计状态机(轮询跳变)

        复位状态机处于IDLE,复位结束调到发送通道0的状态

        发送通道0状态:开始判断通道0的数据有没有来(询问),如果通道0没有来数据,则调到通道1

        如果通道0有数据来,则把通道0的数据从FIFO里面读出来发送出去,然后跳到通道1。

        发送通道1状态:开始判断通道1的数据有没有来(询问),如果通道1没有来数据,则调到通道2

        如果通道1有数据来,则把通道1的数据从FIFO里面读出来发送出去,然后跳到通道2。

        …….

四,轮询仲裁逻辑设计

以2通道设计为例:

`timescale 1ns / 1psmodule mux2_arbit(input						   clk           ,input                          reset         ,input	      [15:0]           ch0_type      ,  //默认所有通道传来的信号都是reg型,所以进行无需打拍input	      [15:0]           ch0_length    ,input	                       ch0_data_vld  ,input	                       ch0_data_last ,input	      [7:0]            ch0_data      ,input	      [15:0]           ch1_type      ,input	      [15:0]           ch1_length    ,input	                       ch1_data_vld  ,input	                       ch1_data_last ,input	      [7:0]            ch1_data      ,output	reg   [15:0]           send_type      ,output	reg   [15:0]           send_length    ,output	reg                    send_data_vld  ,output	reg                    send_data_last ,output	reg   [7:0]            send_data      );
/*--------------------------------------------------*\状态机信号定义 
\*--------------------------------------------------*/
reg [2:0]  cur_status;
reg [2:0]  nxt_status;
localparam IDLE      = 2'b00;
localparam CH0_SEND  = 2'b01;
localparam CH1_SEND  = 2'b10;
/*--------------------------------------------------*\FIFO端口信号 
\*--------------------------------------------------*/
reg	 [31:0]  ch0_frame_din    ;
reg          ch0_frame_wren   ;
wire [31:0]  ch0_frame_dout   ;
reg 		 ch0_frame_rden   ;
wire		 ch0_frame_wrfull ;
wire		 ch0_frame_rdempty;
wire [4:0]   ch0_frame_count  ;reg	 [31:0]  ch1_frame_din    ;
reg          ch1_frame_wren   ;
wire [31:0]  ch1_frame_dout   ;
reg 		 ch1_frame_rden   ;
wire		 ch1_frame_wrfull ;
wire		 ch1_frame_rdempty;
wire [4:0]   ch1_frame_count  ;reg	 [8:0]   ch0_data_din    ;
reg          ch0_data_wren   ;
wire [8:0]   ch0_data_dout   ;
reg 		 ch0_data_rden   ;
wire		 ch0_data_wrfull ;
wire		 ch0_data_rdempty;
wire [11:0]  ch0_data_count  ;reg	 [8:0]   ch1_data_din    ;
reg          ch1_data_wren   ;
wire [8:0]   ch1_data_dout   ;
reg 		 ch1_data_rden   ;
wire		 ch1_data_wrfull ;
wire		 ch1_data_rdempty;
wire [11:0]  ch1_data_count  ;/*--------------------------------------------------*\其他端口信号 
\*--------------------------------------------------*/
reg           ch0_busy;
reg           ch1_busy;reg           ch0_frame_fifo_err;
reg           ch1_frame_fifo_err;
reg           ch0_data_fifo_err ;
reg           ch1_data_fifo_err ;/*--------------------------------------------------*\通道0、通道1的数据写入FIFO 
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) beginch0_frame_wren <= ch0_data_last;ch0_frame_din  <= {ch0_type,ch0_length};ch1_frame_wren <= ch1_data_last;ch1_frame_din  <= {ch1_type,ch1_length};    
endalways @(posedge clk) beginch0_data_wren  <= ch0_data_vld;ch0_data_din   <= {ch0_data_last,ch0_data};	     ch1_data_wren  <= ch1_data_vld;ch1_data_din   <= {ch1_data_last,ch1_data};		  
end/*--------------------------------------------------*\busy信号
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) beginif (reset) ch0_busy <= 0;else if (cur_status == CH0_SEND && send_data_last) ch0_busy <= 0;else if (cur_status == CH0_SEND && ~ch0_frame_rdempty)ch0_busy <= 1;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch1_busy <= 0;else if (cur_status == CH1_SEND && send_data_last) ch1_busy <= 0;else if (cur_status == CH1_SEND && ~ch1_frame_rdempty)ch1_busy <= 1;
end/*--------------------------------------------------*\状态机设计
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) beginif (reset) cur_status <= IDLE;else cur_status <= nxt_status;
endalways @(*) beginif (reset) beginnxt_status <= IDLE;		endelse begincase(cur_status)IDLE : beginnxt_status <= CH0_SEND;endCH0_SEND : beginif (~ch0_busy && ch0_frame_rdempty)nxt_status <= CH1_SEND;else if (send_data_last)nxt_status <= CH1_SEND;else nxt_status <= cur_status;endCH1_SEND : beginif (~ch1_busy && ch1_frame_rdempty)nxt_status <= CH0_SEND;else if (send_data_last)nxt_status <= CH0_SEND;else nxt_status <= cur_status;enddefault : nxt_status <= IDLE;endcase	end
endalways @(posedge clk) beginif (reset) beginsend_type      <= 0;send_length    <= 0;send_data_vld  <= 0;send_data_last <= 0;send_data      <= 0;endelse begincase(cur_status)IDLE : beginsend_type      <= 0;send_length    <= 0;send_data_vld  <= 0;send_data_last <= 0;send_data      <= 0;endCH0_SEND : beginif (ch0_frame_rden) beginsend_type   <= ch0_frame_dout[31:16];send_length <= ch0_frame_dout[15:0];endelse beginsend_type   <= send_type;send_length <= send_length;endif (ch0_data_rden) beginsend_data_vld  <= 1'b1;send_data_last <= ch0_data_dout[8];send_data      <= ch0_data_dout[7:0];endelse beginsend_data_vld  <= 0;send_data_last <= 0;send_data      <= 0;endendCH1_SEND : beginif (ch1_frame_rden) beginsend_type   <= ch1_frame_dout[31:16];send_length <= ch1_frame_dout[15:0];endelse beginsend_type   <= send_type;send_length <= send_length;endif (ch1_data_rden) beginsend_data_vld  <= 1'b1;send_data_last <= ch1_data_dout[8];send_data      <= ch1_data_dout[7:0];endelse beginsend_data_vld  <= 0;send_data_last <= 0;send_data      <= 0;end		enddefault : ;endcaseend
end/*--------------------------------------------------*\FIFO读使能设计
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) beginif (reset) ch0_frame_rden <= 0;else if (cur_status == CH0_SEND && ~ch0_frame_rdempty && ~ch0_busy) ch0_frame_rden <= 1'b1;else ch0_frame_rden <= 0;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch1_frame_rden <= 0;else if (cur_status == CH1_SEND && ~ch1_frame_rdempty && ~ch1_busy) ch1_frame_rden <= 1'b1;else ch1_frame_rden <= 0;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch0_data_rden <= 0;else if (ch0_data_rden && ch0_data_dout[8]) ch0_data_rden <= 0;else if (ch0_frame_rden)ch0_data_rden <= 1'b1;else ch0_data_rden <= ch0_data_rden;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch1_data_rden <= 0;else if (ch1_data_rden && ch1_data_dout[8]) ch1_data_rden <= 0;else if (ch1_frame_rden)ch1_data_rden <= 1'b1;else ch1_data_rden <= ch1_data_rden;
end/*--------------------------------------------------*\调试信号 
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) beginif (reset) ch0_frame_fifo_err <= 0;else if (ch0_frame_wren && ch0_frame_wrfull) ch0_frame_fifo_err <= 1;else ch0_frame_fifo_err <= ch0_frame_fifo_err;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch1_frame_fifo_err <= 0;else if (ch1_frame_wren && ch1_frame_wrfull) ch1_frame_fifo_err <= 1;else ch1_frame_fifo_err <= ch1_frame_fifo_err;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch0_data_fifo_err <= 0;else if (ch0_data_wren && ch0_data_wrfull) ch0_data_fifo_err <= 1;else ch0_data_fifo_err <= ch0_data_fifo_err;
endalways @(posedge clk) beginif (reset) ch1_data_fifo_err <= 0;else if (ch1_data_wren && ch1_data_wrfull) ch1_data_fifo_err <= 1;else ch1_data_fifo_err <= ch1_data_fifo_err;
end/*--------------------------------------------------*\例化 
\*--------------------------------------------------*/
fifo_w9xd2048 ch0_data_fifo (.clk       (clk),                 // input wire clk.srst      (reset),               // input wire srst.din       (ch0_data_din),        // input wire [8 : 0] din.wr_en     (ch0_data_wren),       // input wire wr_en.rd_en     (ch0_data_rden),       // input wire rd_en.dout      (ch0_data_dout),       // output wire [8 : 0] dout.full      (ch0_data_wrfull),     // output wire full.empty     (ch0_data_rdempty),    // output wire empty.data_count(ch0_data_count)       // output wire [11 : 0] data_count
);fifo_w9xd2048 ch1_data_fifo (.clk       (clk),                 // input wire clk.srst      (reset),               // input wire srst.din       (ch1_data_din),        // input wire [8 : 0] din.wr_en     (ch1_data_wren),       // input wire wr_en.rd_en     (ch1_data_rden),       // input wire rd_en.dout      (ch1_data_dout),       // output wire [8 : 0] dout.full      (ch1_data_wrfull),     // output wire full.empty     (ch1_data_rdempty),    // output wire empty.data_count(ch1_data_count)       // output wire [11 : 0] data_count
);fifo_w32xd16 ch0_frame_fifo (.clk       (clk),                // input wire clk.srst      (reset),              // input wire srst.din       (ch0_frame_din),      // input wire [31 : 0] din.wr_en     (ch0_frame_wren),     // input wire wr_en.rd_en     (ch0_frame_rden),     // input wire rd_en.dout      (ch0_frame_dout),     // output wire [31 : 0] dout.full      (ch0_frame_wrfull),   // output wire full.empty     (ch0_frame_rdempty),  // output wire empty.data_count(ch0_frame_count)    // output wire [4 : 0] data_count
);fifo_w32xd16 ch1_frame_fifo (.clk       (clk),                // input wire clk.srst      (reset),              // input wire srst.din       (ch1_frame_din),      // input wire [31 : 0] din.wr_en     (ch1_frame_wren),     // input wire wr_en.rd_en     (ch1_frame_rden),     // input wire rd_en.dout      (ch1_frame_dout),     // output wire [31 : 0] dout.full      (ch1_frame_wrfull),   // output wire full.empty     (ch1_frame_rdempty),  // output wire empty.data_count(ch1_frame_count)    // output wire [4 : 0] data_count
);endmodule

编写测试:

`timescale 1ns / 1psmodule tb();parameter CH0_LENGTH = 256 ;parameter CH0_PERIOD = 300 ; parameter CH1_LENGTH = 256 ;parameter CH1_PERIOD = 300 ;reg          clk;reg          reset;wire         ch0_data_vld;wire         ch0_data_last;wire  [7:0]  ch0_data;wire         ch1_data_vld;wire         ch1_data_last;wire  [7:0]  ch1_data;wire  [15:0] send_type;wire  [15:0] send_length;wire         send_data_vld;wire         send_data_last;wire   [7:0] send_data	;initial beginclk = 0;forever #(10) clk = ~clk;endinitial beginreset = 1;#(2000) reset = 0;enddata_generate #(.LENGTH(CH0_LENGTH),.PERIOD(CH0_PERIOD)) data_generate_ch0 (.clk            (clk),.reset          (reset),.send_data_vld  (ch0_data_vld),.send_data_last (ch0_data_last),.send_data      (ch0_data));data_generate #(.LENGTH(CH1_LENGTH),.PERIOD(CH1_PERIOD)) data_generate_ch1 (.clk            (clk),.reset          (reset),.send_data_vld  (ch1_data_vld),.send_data_last (ch1_data_last),.send_data      (ch1_data));mux2_arbit mux2_arbit(.clk            (clk),.reset          (reset),.ch0_type       (16'h0001),.ch0_length     (CH0_LENGTH),.ch0_data_vld   (ch0_data_vld),.ch0_data_last  (ch0_data_last),.ch0_data       (ch0_data),.ch1_type       (16'h0002),.ch1_length     (CH1_LENGTH),.ch1_data_vld   (ch1_data_vld),.ch1_data_last  (ch1_data_last),.ch1_data       (ch1_data),.send_type      (send_type),.send_length    (send_length),.send_data_vld  (send_data_vld),.send_data_last (send_data_last),.send_data      (send_data));endmodule

仿真波形

这篇关于FPGA - 仲裁器的设计实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/908010

相关文章

openCV中KNN算法的实现

《openCV中KNN算法的实现》KNN算法是一种简单且常用的分类算法,本文主要介绍了openCV中KNN算法的实现,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的... 目录KNN算法流程使用OpenCV实现KNNOpenCV 是一个开源的跨平台计算机视觉库,它提供了各

OpenCV图像形态学的实现

《OpenCV图像形态学的实现》本文主要介绍了OpenCV图像形态学的实现,包括腐蚀、膨胀、开运算、闭运算、梯度运算、顶帽运算和黑帽运算,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友们下面随着小编来一起... 目录一、图像形态学简介二、腐蚀(Erosion)1. 原理2. OpenCV 实现三、膨胀China编程(

通过Spring层面进行事务回滚的实现

《通过Spring层面进行事务回滚的实现》本文主要介绍了通过Spring层面进行事务回滚的实现,包括声明式事务和编程式事务,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录声明式事务回滚:1. 基础注解配置2. 指定回滚异常类型3. ​不回滚特殊场景编程式事务回滚:1. ​使用 TransactionT

Android实现打开本地pdf文件的两种方式

《Android实现打开本地pdf文件的两种方式》在现代应用中,PDF格式因其跨平台、稳定性好、展示内容一致等特点,在Android平台上,如何高效地打开本地PDF文件,不仅关系到用户体验,也直接影响... 目录一、项目概述二、相关知识2.1 PDF文件基本概述2.2 android 文件访问与存储权限2.

使用Python实现全能手机虚拟键盘的示例代码

《使用Python实现全能手机虚拟键盘的示例代码》在数字化办公时代,你是否遇到过这样的场景:会议室投影电脑突然键盘失灵、躺在沙发上想远程控制书房电脑、或者需要给长辈远程协助操作?今天我要分享的Pyth... 目录一、项目概述:不止于键盘的远程控制方案1.1 创新价值1.2 技术栈全景二、需求实现步骤一、需求

Spring Shell 命令行实现交互式Shell应用开发

《SpringShell命令行实现交互式Shell应用开发》本文主要介绍了SpringShell命令行实现交互式Shell应用开发,能够帮助开发者快速构建功能丰富的命令行应用程序,具有一定的参考价... 目录引言一、Spring Shell概述二、创建命令类三、命令参数处理四、命令分组与帮助系统五、自定义S

SpringBatch数据写入实现

《SpringBatch数据写入实现》SpringBatch通过ItemWriter接口及其丰富的实现,提供了强大的数据写入能力,本文主要介绍了SpringBatch数据写入实现,具有一定的参考价值,... 目录python引言一、ItemWriter核心概念二、数据库写入实现三、文件写入实现四、多目标写入

Android Studio 配置国内镜像源的实现步骤

《AndroidStudio配置国内镜像源的实现步骤》本文主要介绍了AndroidStudio配置国内镜像源的实现步骤,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,... 目录一、修改 hosts,解决 SDK 下载失败的问题二、修改 gradle 地址,解决 gradle

SpringSecurity JWT基于令牌的无状态认证实现

《SpringSecurityJWT基于令牌的无状态认证实现》SpringSecurity中实现基于JWT的无状态认证是一种常见的做法,本文就来介绍一下SpringSecurityJWT基于令牌的无... 目录引言一、JWT基本原理与结构二、Spring Security JWT依赖配置三、JWT令牌生成与

SpringBoot实现微信小程序支付功能

《SpringBoot实现微信小程序支付功能》小程序支付功能已成为众多应用的核心需求之一,本文主要介绍了SpringBoot实现微信小程序支付功能,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作... 目录一、引言二、准备工作(一)微信支付商户平台配置(二)Spring Boot项目搭建(三)配置文件