了解一个简单的循环仲裁程序 verilog 代码

Question

看看下面的arbiter.v 代码：

有人告诉我想想 rr_arbiter 是一个简化的ripple-borrow circuit 环绕。

'base' 是一个热信号，指示第一个请求应该是 考虑资助。

嗯？你们知道如何生成“基本”输入信号吗？

注意减法。借用逻辑使其搜索找到 下一个设置位。

为什么 ~(double_req-base) ？

module arbiter (
    req, grant, base
);

parameter WIDTH = 16;

input [WIDTH-1:0] req;
output [WIDTH-1:0] grant;
input [WIDTH-1:0] base;

wire [2*WIDTH-1:0] double_req = {req,req};
wire [2*WIDTH-1:0] double_grant = double_req & ~(double_req-base);
assign grant = double_grant[WIDTH-1:0] | double_grant[2*WIDTH-1:WIDTH];

endmodule

Answer 1

编辑：正如有人指出的那样，我最初只指出了如何设置输入信号，并举了两个特殊情况作为例子。让我试着解释一下它是如何工作的。你的问题是一个好的开始：

为什么 ~(double_req-base) ？

正如有人向您指出的那样，这是基于ripple borrow subtractor 的原理。当您从另一个数字中减去一个数字时，无论您使用哪种数字系统，您都从最低的顺序开始，并尝试从相同的顺序中减去两个数字。在二进制示例中，如下所示：

1011     =    11
0010 -   =     2 -
──────        ────
1001     =     9

如您所见，1 - 1 是有效的并产生0。但是，如果无法做到这一点，您可以借更高的订单号。 This image 显示了一个简单的例子，说明这在十进制系统中的样子。十进制系统中的示例可能是：

1001     =     01(10)1     =    9
0010 -   =     00  1 0 -   =    2 - 
──────         ─────────        ───
0111     =     01  1 1     =    7

---

由于0 - 1不可能在第二个位置，我们从第四个位置取1，将第三个位置设置为1，并将第二个位置设置为10（所以，十进制系统中的2） .这与example in the decimal system I posted before 非常相似。

对仲裁器很重要：从base 的位置看，原始数字 (req) 的下一个 1 将设置为零。基本位置和0 之间的所有数字都将设置为1。将减法的结果取反后，从底部看，只有这个位置将是1。

但是，使用这种技术，比基数低的数字仍然可以是1。因此，我们将原始数字与您计算的数字 (double_req & ~(double_req-base)) 结合起来。这确保了可能的1s 在位置低于 比base 被消除。

最后，它被加倍的事实确保它不会用完可以借用的头寸。如果它需要从这些“第二个”加倍块中借用，析取 (double_grant[WIDTH-1:0] | double_grant[2*WIDTH-1:WIDTH]) 确保它返回正确的索引。我在下面的示例中添加了一个示例。

原帖

您可以将base 解释为req 中的起始索引。这是代码将考虑仲裁的第一位。您应该将此值设置为last_arbitrated_position + 1。

看看我在下面创建的 4 位（伪代码）示例。让我们取一些任意数字：

req  = 4'b1101 // Your vector from which one position should be arbitrated
base = 4'b0010 // The second position is the first position to consider

现在，来自arbiter.v，如下：

double_req   = 1101 1101
double_grant = 1101 1101 & ~(1101 1011) = 1101 1101 & 0010 0100 = 0000 0100

在最后的步骤中，arbiter.v 然后实际分配了应该授予的位置：

grant = 0100 | 0000 = 0100

这是正确的，因为我们将第二个位置设置为基数，而下一个有效位置是第三个。另一个示例，其中基数是在req 中也有效的位置，是：

req  = 4'b1111
base = 4'b0010
double_req   = 1111 1111
double_grant = 1111 1111 & ~(1111 1101) = 1111 1111 & 0000 0010 = 0000 0010
grant = 0010 | 0000

这又是正确的，因为在这种情况下，我们定义了可能被仲裁的第一个位置是第二个位置，并且这个位置确实有效。

您发布的代码示例还处理了最重要的位。这意味着如果您设置了一个基数，但没有大于该基数的有效位置，它将环绕并从最低有效位开始仲裁。这种情况的一个例子是：

req  = 4'b0010
base = 4'b0100
double_req   = 0010 0010
double_grant = 0010 0010 & ~(1110 0001) = 0010 0010 & 0001 1110 = 0010 0000
grant = 0000 | 0010

Answer 2

仲裁器的目的是找出要授予哪个请求，并避免将其重复授予同一源。

现在假设我们设置了几个req 位和base，这是先前授予的请求的状态左移1。

因此，您的任务是在基本位左侧（或在其处）找到第一个 set 位以授予请求。减法运算将翻转所有剩下的位 基础位，以第一个 set 位结束，例如

 1100 << req
-0010 << base
 ====
 1010
 -^^-
  ^

req[2] 位是我们要授予请求的位。它被翻转为“0”。它左边的所有位和基本位的右边位都没有改变。我们需要获取最后更改为 '0' 的位。

这样做的方法是将请求的“和”值与减法结果的反转。更改的位将始终具有单一模式：最左边将是“0”，其余的将是“1”。最左边的将恰好在请求中存在“1”的位置。因此，反转将使其为“1”，并将左右反转所有未更改的位。将其与原始请求相结合将有效地消除未更改的位，并保证我们新找到的“1”将被保留。

 1010 << result of subtraction
~0101 << ~(req-base)
&1100 << req
=0100

现在，如果我们要溢出，问题就会出现：

 0010
-1000
 ====
 1010
~0101
&1010
=0000 << oops

但我们想从请求中获取 bit[1]。 解决它的方法是在这个前面连接另一个req 的副本并继续减法以达到顶部的最低位 部分：

 0010 0010
-0000 1000
 ====
 0001 1010
~1110 0101
&0010 0010
=0010 0000

现在我们只需要在上下两部分之间进行选择：

0010 | 0000 = 0010

在这里，你得到了你的结果。