FPGA - 仲裁器的设计实现

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 / 1ps

module 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) begin
	ch0_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};    
end

always @(posedge clk) begin
	ch0_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) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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) begin
	if (reset) 
		cur_status <= IDLE;
	else 
		cur_status <= nxt_status;
end

always @(*) begin
	if (reset) begin
		nxt_status <= IDLE;		
	end
	else begin
		case(cur_status)
			IDLE : begin
				nxt_status <= CH0_SEND;
			end
			CH0_SEND : begin
				if (~ch0_busy && ch0_frame_rdempty)
					nxt_status <= CH1_SEND;
				else if (send_data_last)
					nxt_status <= CH1_SEND;
				else 
					nxt_status <= cur_status;
			end
			CH1_SEND : begin
				if (~ch1_busy && ch1_frame_rdempty)
					nxt_status <= CH0_SEND;
				else if (send_data_last)
					nxt_status <= CH0_SEND;
				else 
					nxt_status <= cur_status;
			end
			default : nxt_status <= IDLE;
		endcase	
	end
end

always @(posedge clk) begin
	if (reset) begin
		send_type      <= 0;
		send_length    <= 0;
        send_data_vld  <= 0;
        send_data_last <= 0;
        send_data      <= 0;
	end
	else begin
		case(cur_status)
			IDLE : begin
				send_type      <= 0;
				send_length    <= 0;
                send_data_vld  <= 0;
                send_data_last <= 0;
                send_data      <= 0;
			end
			CH0_SEND : begin
				if (ch0_frame_rden) begin
					send_type   <= ch0_frame_dout[31:16];
					send_length <= ch0_frame_dout[15:0];
				end
				else begin
					send_type   <= send_type;
					send_length <= send_length;
				end

				if (ch0_data_rden) begin
					send_data_vld  <= 1'b1;
					send_data_last <= ch0_data_dout[8];
					send_data      <= ch0_data_dout[7:0];
				end
				else begin
					send_data_vld  <= 0;
					send_data_last <= 0;
					send_data      <= 0;
				end

			end
			CH1_SEND : begin
				if (ch1_frame_rden) begin
					send_type   <= ch1_frame_dout[31:16];
					send_length <= ch1_frame_dout[15:0];
				end
				else begin
					send_type   <= send_type;
					send_length <= send_length;
				end

				if (ch1_data_rden) begin
					send_data_vld  <= 1'b1;
					send_data_last <= ch1_data_dout[8];
					send_data      <= ch1_data_dout[7:0];
				end
				else begin
					send_data_vld  <= 0;
					send_data_last <= 0;
					send_data      <= 0;
				end		
			end
			default : ;
		endcase
	end
end

/*--------------------------------------------------*\
	                FIFO读使能设计
\*--------------------------------------------------*/
always @(posedge clk) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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;
end

always @(posedge clk) begin
    if (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 / 1ps

module 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 begin
		clk = 0;
		forever #(10) 
		clk = ~clk;
	end

	initial begin
		reset = 1;
		#(2000) 
		reset = 0;
	end


	data_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

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科技云报道原创。 AI大模型正在倒逼数字基础设施产业加速升级。 过去一年半&#xff0c;AI大模型标志性的应用相继出现&#xff0c;从ChatGPT到Sora一次次刷新人们的认知。震撼的背后&#xff0c;是大模型参数指数级的增长。 这种数据暴涨的压力&#xff0c;快速传导到了大模…

Vue 指令

Vue根据不同的指令&#xff0c;针对标签实现不同的功能 指令&#xff1a;带有v-前缀的特殊的标签属性 <!-- Vue指令--> <div v-html"str"></div><!-- 普通标签属性 --> <div class"box"></div> 目录 v-html v-sho…

Linux的学习之路:11、地址空间

摘要 本章主要是说一下地址空间&#xff0c;我也只是按照我的理解进行解释&#xff0c;可能说不清楚&#xff0c;欢迎指正 目录 摘要 一、空间布局图 二、代码测试一下 三、进程地址空间 四、测试代码 一、空间布局图 如下方图片可以看出地址空间有几种&#xff0c;这里…

论文笔记:Time Travel in LLMs: Tracing Data Contamination in Large Language Models

iclr 2024 spotlight reviewer评分 688 1 intro 论文认为许多下游任务&#xff08;例如&#xff0c;总结、自然语言推理、文本分类&#xff09;上观察到的LLMs印象深刻的表现可能因数据污染而被夸大 所谓数据污染&#xff0c;即这些下游任务的测试数据出现在LLMs的预训练数据…

java的深入探究JVM之内存结构

前言 Java作为一种平台无关性的语言&#xff0c;其主要依靠于Java虚拟机——JVM&#xff0c;我们写好的代码会被编译成class文件&#xff0c;再由JVM进行加载、解析、执行&#xff0c;而JVM有统一的规范&#xff0c;所以我们不需要像C那样需要程序员自己关注平台&#xff0c;大…

实景三维技术在公共安全领域的应用

随着科技的不断发展&#xff0c;实景三维技术在公共安全领域的应用越来越广泛。实景三维技术是指通过采集现实世界的三维数据&#xff0c;构建出真实的三维场景&#xff0c;进而实现对现实世界的数字化模拟和重建。在公共安全领域&#xff0c;实景三维技术的应用不仅可以提高安…

《云原生安全攻防》-- 云原生攻防矩阵

在本节课程中&#xff0c;我们将开始学习如何从攻击者的角度思考&#xff0c;一起探讨常见的容器和K8s攻击手法&#xff0c;包含以下两个主要内容&#xff1a; 云原生环境的攻击路径: 了解云原生环境的整体攻击流程。 云原生攻防矩阵: 云原生环境攻击路径的全景视图&#xff0…

服务器负载均衡SLB/加密原理

多台服务器提供相同的服务 SLB(server load balancing) 多台服务器对应一个虚拟地址&#xff0c;该地址是防火墙虚拟出来的。 服务器负载均衡功能仅支持IPV4协议 多通道协议仅支持FTP协议

逆向IDA中Dword,数据提取

我们可以看见数据是这样的&#xff0c;第一个是1cc 但是我们shifte就是 这个因为他的数据太大了&#xff0c;导致高位跑后面去了 这个时候&#xff0c;我们右键——convert——dword 这样就可以提取到争取的数据了 比如第一个数据 0x1cc a0xcc b0x1 print(hex((b<<8…