一種多通道數(shù)據(jù)復(fù)用仲裁方法

一種多通道數(shù)據(jù)復(fù)用仲裁方法

1剛性節(jié)拍外部存儲(chǔ)sdram（ddr）由于讀取公共物理接口，因此讀取需要分時(shí)進(jìn)行。當(dāng)你讀時(shí)，你就不能讀，當(dāng)你寫時(shí)，你不能讀。而且對(duì)于易失性存儲(chǔ)設(shè)備(掉電數(shù)據(jù)丟失),必須對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)定時(shí)刷新操作,同時(shí)在讀寫開始和完成時(shí)進(jìn)行打開和關(guān)閉行操作,這樣就使每一次的讀寫占用很多控制開銷,使得底層操作效率不高,但這是易失性存儲(chǔ)的特點(diǎn),也就是剛性開銷,所以對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)效率提升,外部數(shù)據(jù)流控和仲裁策略的設(shè)計(jì)就尤為關(guān)鍵。2基于f的多通道仲裁設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)基于FPGA的多通道仲裁設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。3發(fā)送支持控制板的讀取典型應(yīng)用場(chǎng)景,主機(jī)通過軟件和邏輯處理部分進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,交互包括發(fā)送數(shù)據(jù)處理和接收數(shù)據(jù)處理兩部分(發(fā)送和接收都是想對(duì)于HOST主機(jī)來講的)。(1)發(fā)送處理部分:邏輯接收HOST主機(jī)的數(shù)據(jù),然后根據(jù)仲裁邏輯的優(yōu)先級(jí)策略分通道寫入SDRAM(DDR)中進(jìn)行緩存(寫操作),在發(fā)送的下游數(shù)據(jù)接口,仲裁邏輯再從SDRMA(DDR)中讀取數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的通道出口中去;(2)接收處理部分:邏輯從外部接口收到多通道數(shù)據(jù),然后根據(jù)仲裁模塊發(fā)出的仲裁優(yōu)先級(jí)順序?qū)?shù)據(jù)分通道寫入SDRAM(DDR)中存儲(chǔ),在邏輯和主機(jī)HOST接口端,仲裁模塊從SDRAM(DDR)中讀出各通道數(shù)據(jù)送給HOST主機(jī)處理。4合同處理的細(xì)節(jié)4.1sdarm解決對(duì)于接收通道的SDRAM(DDR)的寫端口,數(shù)據(jù)先分通道放入二級(jí)緩存FIFO中,然后再進(jìn)入仲裁模塊進(jìn)行隊(duì)列處理后寫入SDARM中;讀端口,數(shù)據(jù)先進(jìn)入仲裁模塊,仲裁模塊將數(shù)據(jù)存入對(duì)應(yīng)的和HOST主機(jī)的分通道二級(jí)緩存FIFO中。對(duì)于發(fā)送通道的SDRAM(DDR)的讀端口,數(shù)據(jù)從SDRAM中直接讀出放入發(fā)送二級(jí)緩存FIFO中,然后發(fā)給外部端口;寫端口,仲裁邏輯從HOST主機(jī)的分通道二級(jí)緩存FIFO中將數(shù)據(jù)讀入到SDRAM中。4.2sdramddr空間由于下行方向是HOST主機(jī)的主控發(fā)送行為,所以可以針對(duì)于每個(gè)通道的寫(發(fā)送)操作進(jìn)行分時(shí)復(fù)用一塊SDRAM(DDR)空間;而對(duì)于收發(fā)不同方向開辟的SDRAM(DDR)存儲(chǔ)空間地址也是獨(dú)立的;對(duì)于上行方向,由于是被動(dòng)接收行為,為了防止鏈路有數(shù)據(jù)沒有及時(shí)接收響應(yīng)而丟失,同時(shí)滿足主機(jī)有權(quán)利在多個(gè)通道間做出決定接收那些路數(shù)據(jù)的需求,所以分?jǐn)?shù)據(jù)通道在存儲(chǔ)空間上做獨(dú)立劃分,這樣就使數(shù)據(jù)通道間不會(huì)在讀取順序上相互阻塞。4.3不丟失通道數(shù)據(jù)處理優(yōu)先級(jí)按照先接收后發(fā)送(相對(duì)于HOST主機(jī))原則,因?yàn)榻邮真溌肥潜粍?dòng)響應(yīng),為了不丟失通道數(shù)據(jù),優(yōu)先級(jí)應(yīng)該高于發(fā)送方向,也就是圖1中處理數(shù)據(jù)1接口(接收方向SDRAM輸入側(cè))優(yōu)先級(jí)最高;其次是處理2接口數(shù)據(jù)(接收方向SDRAM輸出側(cè))優(yōu)先級(jí)次之;接下來處理發(fā)送方向3接口數(shù)據(jù),最后是HOST輸出側(cè)4接口數(shù)據(jù)。4.4不同通道區(qū)老化時(shí)間管理(1)針對(duì)多通道獨(dú)立性的突發(fā)流量需求,根據(jù)前述說明,既要保證實(shí)時(shí)性處理,也要保證流量最優(yōu);換句話說,既不能出現(xiàn)某些大流量通道數(shù)據(jù)一直占據(jù)處理時(shí)隙而其他流量小的通道長時(shí)間不能及時(shí)處理的情況;也不能簡(jiǎn)單平均輪詢各通道,造成大流量數(shù)據(jù)瓶頸和低流量占用無效時(shí)隙的浪費(fèi);在優(yōu)化策略選擇上,針對(duì)二級(jí)仲裁(通道間優(yōu)先級(jí)處理)在處理時(shí)間和流量梯度綜合考慮,并可以修改兩者的權(quán)值進(jìn)行合理的調(diào)度安排。(2)流量?jī)?yōu)先兼顧周期分配,最大流量通道處理時(shí)間占用比例和最小流量通道處理時(shí)間占用比例按照存儲(chǔ)階梯的比例劃分;可以理解為二維指標(biāo)加權(quán)仲裁模型,針對(duì)這個(gè)模型,可以設(shè)定一個(gè)維度的流量梯度值,另一個(gè)維度的分配老化時(shí)間,根據(jù)實(shí)際通道流量差異模型進(jìn)行調(diào)整參數(shù)以保證最優(yōu);假如設(shè)定每個(gè)通道的二級(jí)緩存FIFO最大緩存容量為256,那么可以將整個(gè)存儲(chǔ)容量水位設(shè)為4梯度:一級(jí):192~255二級(jí):128~191三級(jí):64~127四級(jí):0~63優(yōu)先級(jí)處理順序依次為:一級(jí)->二級(jí)->三級(jí)->四級(jí),如果在一個(gè)FIFO數(shù)據(jù)存量等級(jí)內(nèi),按照通道編號(hào)從大到小進(jìn)行編歷處理,當(dāng)一個(gè)高等級(jí)內(nèi)部數(shù)據(jù)全部處理完成(存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量都降級(jí)到下一檔)或者老化時(shí)間到達(dá)門限則進(jìn)入下一級(jí)操作。具體描述如下:(1)如果目前監(jiān)測(cè)到一級(jí)存儲(chǔ)量有滿足條件的通道,則優(yōu)先處理一級(jí)達(dá)標(biāo)通道;所有在一級(jí)內(nèi)的通道數(shù)據(jù)量被按照通道由小到大順序處理,如果多通道一輪循環(huán)后,仍然有滿足一級(jí)要求的通道存在,則繼續(xù)處理滿足一級(jí)存儲(chǔ)通道,并繼續(xù)按通道順序循環(huán)處理。(2)在另一個(gè)維度上:每個(gè)等級(jí)處理開始后都有等級(jí)老化計(jì)數(shù)器,如果該等級(jí)存儲(chǔ)空間連續(xù)讀寫數(shù)據(jù)次數(shù)到達(dá)設(shè)定老化計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)門限(該等級(jí)對(duì)應(yīng)的最大連續(xù)處理周期數(shù)),則強(qiáng)制跳入下一個(gè)等級(jí)存儲(chǔ)空間處理,同樣,下一等級(jí)的老化計(jì)數(shù)器啟動(dòng),到達(dá)下一級(jí)設(shè)定計(jì)數(shù)器門限后跳入下下一級(jí)存儲(chǔ)空間處理;處理方法同上,以此類推。(3)在某一個(gè)等級(jí)存儲(chǔ)空間處理完畢后,如果下一級(jí)等級(jí)空間沒有數(shù)據(jù),則自動(dòng)跳入下下一級(jí),按照多個(gè)空間等級(jí)從高到低大輪詢處理。圖3例子為一個(gè)4等級(jí)都有數(shù)據(jù)的處理順序例子,分別從(1)->(2)->(3)->(4)順序進(jìn)行處理。如果數(shù)據(jù)處理不完,則到達(dá)該等級(jí)對(duì)應(yīng)老化門限后跳入下級(jí),比如第一個(gè)數(shù)據(jù)等級(jí)處理最大連續(xù)周期為4個(gè)時(shí)間單位到達(dá)老化門限(每個(gè)等級(jí)處理老化門限值和等級(jí)流量分檔比例相同,分別為4N:3N:2N:1N),第二個(gè)數(shù)據(jù)等級(jí)處理最大連續(xù)周期為3個(gè)時(shí)間單位到達(dá)老化門限,和后面依次遞減。圖4為只有等級(jí)1,3,4有數(shù)據(jù)場(chǎng)景,第一等級(jí)處理完成(或到老化時(shí)間門限)后判斷第二等級(jí)是否有數(shù),沒有就進(jìn)入第三等級(jí)判斷,以此類推。圖5為多個(gè)存儲(chǔ)通道數(shù)據(jù)非順序交替滿足要求的處理順序,和之前的原則相同,等級(jí)之間按照順序遞減輪詢處理。4.5讀取sdramddr分通道分通道存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寫入FIFO的操作,也和上述描述一樣,不過是方向?qū)φ{(diào),只要對(duì)應(yīng)存入FIFO的空間未滿,讀取SDRAM(DDR)分通道數(shù)據(jù)就按照前述規(guī)則處理,這里不再贅述;由于一般SDRAM(DDR)容量較大,所以可以在原來劃分FIFO容量等級(jí)基礎(chǔ)是根據(jù)實(shí)際空間乘一個(gè)對(duì)應(yīng)的系數(shù);針對(duì)于每個(gè)等級(jí)的老化計(jì)數(shù)器門限值,也可以同樣按照相應(yīng)系數(shù)做對(duì)應(yīng)放大處理。4.6sdramddr接口數(shù)據(jù)檢測(cè)一級(jí)仲裁流程圖如圖6所示。流程步驟說明:(1)首先判斷圖1中的(1)部分和邏輯接口所有通道數(shù)據(jù)緩存FIFO是否不為0,如果有通道存有數(shù)據(jù),則進(jìn)入通道內(nèi)部二級(jí)仲裁子程序,子程序按照設(shè)定策略完成各通道數(shù)據(jù)在SDRAM(DDR)中分配的獨(dú)立地址存入相應(yīng)數(shù)據(jù);(2)(1)接口所有數(shù)據(jù)緩存完畢后,進(jìn)入(2)部分和主機(jī)接口數(shù)據(jù)檢測(cè)流程,如果檢測(cè)到SDRAM(DDR)對(duì)應(yīng)的各子通道地址有存儲(chǔ)數(shù)據(jù),同樣進(jìn)入通道內(nèi)部二級(jí)仲裁子程序按照設(shè)定策略完成從SDARM(DDR)中讀出對(duì)應(yīng)通道數(shù)據(jù)到外部緩存FIFO中(如果對(duì)應(yīng)通道FIFO未滿),主機(jī)根據(jù)反饋從FIFO中讀走數(shù)據(jù)。(3)主機(jī)端從SDRAM(DDR)讀取完成數(shù)據(jù)后,進(jìn)入(3)部分接口的數(shù)據(jù)處理流程,在發(fā)送端同樣檢測(cè)SDRAM(DDR)中是否存有待發(fā)送的數(shù)據(jù),有,則按照順序從SDRAM(DDR)中讀取各通道的數(shù)據(jù)放入對(duì)應(yīng)外部的緩存FIFO中,然后發(fā)出;(4)發(fā)送端邏輯從SDRAM(DDR)讀取完成數(shù)據(jù)后,進(jìn)入(4)部分接口的數(shù)據(jù)處理流程,如果發(fā)送側(cè)邏輯和主機(jī)接口FIFO中存有數(shù)據(jù),則進(jìn)入通道內(nèi)部二級(jí)仲裁子程序,子程序按照設(shè)定策略完成通道數(shù)據(jù)調(diào)度寫入SDAM(DDR)中。通道仲裁子程序操作策略已經(jīng)在二級(jí)仲裁策略說明做了介紹,圖7和圖8分別為從FIFO讀出數(shù)據(jù)寫入SDRAM(DDR)和從SDRAM(DDR)讀出數(shù)據(jù)寫入FIFO的二級(jí)仲裁流程圖。5流量模型調(diào)整在多通道共享存儲(chǔ)存取仲裁策略設(shè)計(jì)