如何设计一个“价值百万”的总线互联IP(四)

完成了Decoder的设计，“万里长征”就走完了一半，那么接下来再看看写通道Arbiter的设计。

多选一的抉择

Decoder解决了一拆多的问题，那么Arbiter就需要解决多选一的问题。对于写通道，axi4有aw、w、b三个通道，相应地Arbiter就需要解决：

调度问题：从多路端口中仲裁选出相应的端口进行数据路由，且需要保障端口的公平性。
一致性问题：aw、w、b通道相互独立，需确保aw、w、b通道调度顺序的一致性。

Axi4WriteOnlyArbiter

端口的调度问题很容易解决，其重点在于一致性问题。aw，w通道是master——>slave方向的传输，而b通道又是slave——>master方向的传输，端口之前的协调才是重点。整个Axi4WriteOnlyArbiter的结构图大体如下图所示：

图片.png

writeCmd 调度设计

对于Axi4写操作，通常情况下命令通道的指令信息不会晚于数据通道，因此多端口的调度选择主要由CmdArbiter来进行。为保证调度的公平性，Cnd Arbiter采用RR调度形式。同时为保证aw、w通道调度的一致性，端口的调度信息通过Route Buffer传递给w通道。同时为了保障Rsp Arbiter的一致性，将端口调度信息也拼接至writeCmd的id子段。

writeData 调度设计

对于w通道的调度设计，其简单很多，Data Arbiter通过Route Buffer中所示的writeCmd调度信息选择合适的端口进行数据路由。

writeRsp调度设计

由于在writeCmd 中的id字段已经包含了端口的选择信息，那么在WriteRsp中仅需要通过id字段解析出端口信息进行路由即可。这也就意味着对于下游设计而言，其必须将writeCmd中id字段包含的信息通过writeRsp中的id字段给返回回来，否则writeRsp将会错误路由。

参数配置

Axi4WriteOnlyArbiter的参数配置包含：

outputConfig：输出端口Axi4配置。
inputsCount：输入端口个数
routeBufferSize: route Buffer Size 大小，该值大小也决定了Axi4WriteOnlyArbiter可以处理的指令个数。
routeBufferLatency：route Buffer通过fifo实现，这里用于指定fifo参数。
routeBufferS2mPipe：时序优化使用。为trure时routeBuffer输出端口将会插入一级寄存器。

是否发现这里并没有input端口的axi4Config配置？这里输入端口的配置是由outputConfig端口自动推断的：

object Axi4ReadOnlyArbiter{
  def getInputConfig(outputConfig : Axi4Config,inputsCount : Int) = 
    outputConfig.copy(idWidth = outputConfig.idWidth - log2Up(inputsCount))
}

可以看到，输入端口与输出端口的接口配置唯一差别在于其id位宽的不同，主要原因为输出端口的id字段需包含路由信息，故而输入端口的id字段位宽比输出端口的id字段位宽少log2Up(inputsCount) bit。

代码解析

先来看writeCmd仲裁的代码实现：

图片.png

该部分设计主要调用了两个库：

StreamArbiterFactory：端口仲裁，通过StreamArbiterFactory的roundRobin属性来指定调度算法为RR调度。
StreamFork2：针对该IP可参照文章《不可不知的StreamFork》。对于一个writeCmd，其真正消耗需向下游writeCmd端口及routeBuffer中均成功写入相关内容后才会被消耗，故而StreamFork2用于处理该场景。

另外可以看到，writeCmd中的id字段位宽拼接了端口选择信息cmdArbiter.io.chosen。

这才是代码该有的样子，简洁而又优雅。

再来看writeData的代码实现：

图片.png 这里例化了一个routeBuffer。知道第一行代码里包含了多少的信息么？

由于cmdRouteork中包含的内容仍为writeCmd中的负载，而我们真正想要压入buffer中的是端口选择信息，故而首先调用translateWith将负载切换为cmdArbiter.io.chosen。随后通过queueLowLatency例化一个StreamFifoLowLatency并将数据压入fifo，同时将fifo的输出端口连接至routeBuffer。若使能了routeBufferS2mPipe，那么输出端口将会再插入一级pipeline。

最后，就是writeRsp的实现：

图片.png