简单优先级仲裁器：使用VHDL和Logisim在嵌入式系统中分配资源

本文着眼于仲裁器的用例和优点，以及在VHDL中实现简单优先级仲裁器。
仲裁是任何现代计算机系统的重要组成部分。从I2C和CAN 等通信协议中的总线仲裁到多处理器系统中的存储器仲裁，可以在需要共享资源的任何地方找到仲裁器。

仲裁器可以是同步的（即，时钟控制的）或异步的，它们的工作方式是基于输入请求授予对资源的访问。

在嵌入式世界中，资源总是有限的。使用仲裁器可以简化资源控制并为竞争子系统增加优先级，同时提高了系统性能和稳健性。

基础知识
什么是仲裁器？
在最基本的情况下，仲裁器是一种设备，它接受N个请求作为输入，并以单热的形式输出单个授权。one-hot是一组任意大小的位，由除1之外的全零组成; 即，1位是逻辑高或“热”。通过这种方式，仲裁器查看其输入集并允许单个设备访问资源。



行动中的仲裁者的例子
假设我们有三个设备，每个设备都有一个与仲裁器绑定的请求信号。这里的“设备”用作任何请求者的通用术语。请求者可以是FIFO（先进先出）队列，CPU，状态机等。当设备需要访问资源时，它只是将其请求信号设置为高。仲裁器检查其输入并授予访问权限。

图1显示了一个框图，下面是一个真值表。在该示例中，授权信号不以任何特定方式使用。授权信号如何提供对资源的访问取决于应用程序和实现。

图1.带有请求和授权信号的仲裁器


图1描述了每个设备独立发出请求的情况。

但是，当两个或更多设备同时发出请求时呢？为了解决这个问题，我们可以在仲裁器中建立优先级。



如何建立仲裁者的优先权
图2显示了一个修改后的真值表，它根据请求给出了优先级。具有请求R3的Dev3优先于Dev2（具有R2）和Dev1（具有R1）。带请求R2的Dev2优先于Dev1（带R1）。再次注意，授权输出始终是一热的。这对于防止多个设备同时访问同一资源至关重要。

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