循环优先级(Round Robin)仲裁器。
 
参考链接:
 
RRArbiter是一个仲裁器,只是使用RR的逻辑实现优先级。grant是优先级逻辑的结果,所以实现RRArbiter与严格优先级Arbiter的区别在于(仅在于)grant的生成逻辑不同。
 
1. RR优先级的两个层次
 
RR优先级的含义,包括两个层次:
 
a. 基于次序的优先级
 
小号输入口的优先级高于大号输入口;
 
b. 最高优先级是循环的
 
与严格优先级不同的是,RR逻辑中,最高优先级并不总是0,而是根据上一次选择的输入口而变化的。上一次选择的输入口的下一个输入口具有最高的优先级。
 
最高优先级并不是逐个向后轮换的,而是根据上一次选择的输入口可能产生跳变。因为最高优先级的输入口不一定被选择,也并不代表次优先级不能被选择。
 
2. 上一次轮到的输入口
 
要实现RR逻辑,需要记录上一次轮到的输入口,序号记为:lastGrant。
那么判断输入口是否轮过的逻辑为:i > lastGrant,为真则未轮过,为假则已轮过。
 
3. 忽略已经轮过的输入口
 
输入口的状态首先通过valid信号表达。判断某个输入口是否考虑的逻辑为:
(i > lastGrant) && io.in(i).valid;
 
4. 表达基于次序的优先级
 
基于次序的优先级的逻辑与Arbiter一样,如下(设Arbiter 输入口个数n = 4):
 
 
5. 引入未轮过的输入口
 
因为循环优先级的存在,输入口0并不总是最高优先级,其优先级还要低于未轮过的输入口,所以需要引入依赖未轮过的输入口。如下:
 
 
这里选择把所有的接口都加上,那些已经轮过的输入口i > lastGrant为假,自动忽略其valid。未轮过的输入口i > lastGrant为真,则会依赖其valid信号。
 
6. 不适用于未轮过的输入口
 
不过这种方法,不适用于未轮过的输入口。
假设lastGrant = 1, 那序号为2的输入口也依赖于其自身的valid,也依赖于序号为3的valid。这是不合理的。
 
所以这个逻辑只适用于已轮过的输入口。
 
7. 分而治之
 
此时需要使用分治策略,为已轮过的和未轮过的输入口提供不同的逻辑。而两种接口的分野就在于i > lastGrant。
 
8. 未轮过的输入口使用的逻辑
 
未轮过的输入口的优先级只依赖于前一个未轮过的输入口,如果是第一个未轮过的输入口,则其优先级最高,不依赖于任何其他输入口。
 
把所有输入口都当做未轮过输入口,考虑基于次序的优先级,逻辑如下:
 
若lastGrant = 1:
a. in(0)/in(1)为已轮过的输入口,使用已轮过输入口的逻辑;
b. in(2)为第一个未轮过输入口,其优先级最高,不依赖于其他输入口的valid(直接为true);
c. in(3)为第二个未轮过输入口,依赖于in(2).valid,而不依赖于in(0)/in(1);
 
9. 总结
 
总结下来,如果接口已轮过,则使用如下逻辑确定是否授权:
 
如果接口未轮过,则使用如下逻辑确定授权:
 
综合起来,如下:
 
10. RRArbiter类
 
RRArbiter类为LockingRRArbiter类的子类。
 
11. LockingRRArbiter类
 
这个类中实现RR的逻辑。
 
 
a. lastGrant
 
lastGrant记录上一次选择的输入口。
 
b. grantMask
 
为每一个输入口生成一个:i > lastGrant 逻辑。
 
c. validMask
 
根据是否轮过,决定是否考虑该输入口的valid信号。为每个输入口生成一段 (i > lastGrant) && in(i).valid逻辑。
 
d. ctrl
 
1) 依次取出validMask中的元素:(0 until n).map(i => validMask(i))
2) 依次取出所有的valid信号:io.in.map(_.valid)
3) 把两个list连接起来:listA ++ listB
 
 
4) 使用ArbiterCtrl连接每个元素,结果如下:
 
 
e. grant
 
grant(i) = ctrl(i) && grantMask(i) || ctrl(n + i)
 
如下:
 
f. choice
 
choice决定chosen, chosen决定io.out.valid和io.out.bits:
 
choice的逻辑如下:
 
如果还记得上一篇对循环when的解释:时间上后面执行的when先行判断,前面执行的when逐次为eslewhen/otherwise。
 
这里validMask的循环在后面执行,那么validMask的判断就在前面,validMask为假才会继续判断后面的valid信号。
 
这样就为未轮过的输入口提供了优先级。倒着来从大号到小号,是为了遵从基于次序的优先级。
 
值得注意的有两点:
1) 第一个循环从n-2到0,那n-1呢?
 
很简单,n-1已经作为默认值了。
 
2) 第二个循环从n-1到1,那0呢?
 
因为0 > lastGrant始终为false,所以validMask(0)始终为false。总是第一个进行结果已知的判断,干脆直接省略。
 
这是一个很有趣的地方。尽管0 > lastGrant始终为假,也就是说in(0)始终被当做已轮过的输入口,但却并未影响其基于次序的优先级和基于RR的优先级。为什么呢?
 
因为在设计已轮过和未轮过输入口的授权逻辑时,已经考虑到了这一点。
 

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