固定优先级的仲裁round robin算法介绍

当总线上有多个master，他们都能发起传输请求req，要求占用总线。但资源是有限的，需要去仲裁谁获得总线使用权grant。 仲裁器Arbiter充当裁判，master想要访问总线，需要申请req，得到授权grant后，才发起传输。因而仲裁算法决定grant和req的函数关系

1、固定优先级 讨论一个固定优先级的仲裁算法，当master有4个时，即req[3:0]，我们设定req[0]优先级最高，即当req[0]=1,grant[0]=1;req[1],req[2],req[3]优先级逐次降低 其真值表如下，功能其实很简单，从req低位到高位搜索1，第一个出现的1，其对应的grant位也是1。

我也不知道咋推到来的，这样的逻辑关系，我们可以用：“req&req的补码 ”实现。简要论述一下，补码为req取反加1，即req'=~req+1。也就是grant=req&(~req+1）能概括上面的真值表。 如下图所示，假设req的第n bit为第一个1，~req将使得低n-1位全为1，~req+1将在第n位进位加1，其余高位仍正好是req的取反结果。这样一与，就能定位到1.  

RTL如下

2、round robin算法介绍 回归主题round robin算法，说白了，就是以一定规则改变优先级:上次获得授权的master，其优先级降为最低，依然保持优先级向“左”递减的规律。   如下图所示，0时刻，优先级从LSB到MSB向左递减（数值越大，优先级低），grant[0]得到授权。1时刻，req[1]的优先级最高，req[0]的优先级最低，优先级呈现一个“循环”，

（图源：仲裁器设计（二）-- Round Robin Arbiter - 极术社区 - 连接开发者与智能计算生态 (aijishu.com)，下同） 3、实现 那我们如何去调整优先级？ 同样不知道咋来的，添加base信号改变优先级，其中base信号为独热码形式，如4’b0010，表示当前req[1]具有最高优先级 为了计算grant，我们需要拼接req为{req,req}为double_req，然后将double_req和~（double_req-base)相与得到double_gnt，最后将double_gnt两半相或得到输出gnt。

tb验证如下

如下图，当hot=4'b0010，req[1]的优先级最高，req[2],req[3],req[0]次之

hot=4'b0100,req[2]拥有最高优先级，req[3],req[0],req[1]次之。不难看出，优先级最高的获得grant次数为8（一半），而次优先级则有4次，次次优先级有2次，最次优先级有1次，以及一个没有请求的情形。可以说，优先级高的获得授权的机会显著增多

正是hot既能显示优先级（1为最高优先级，而优先级呈现循环的向左递减）,同时，hot能够影响grant的裁决，代码会简单很多。 上面的代码实现了grant=f(req,hot)的关系，我们的round robin还要求改变优先级。hot可以体现优先级，因而增加hot的改变即可。 一切都很巧合，仲裁的输出也是独热码，我们的round robin算法要求已经获得授权的master优先级最低，我们只需要对gnt向左循环移位即可  

编辑：黄飞