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片上总线Wishbone 学习（三）Wishbone互联的类型

Wishbone可变互连方式允许系统工程师可以采用不同的IP核互连方式，以满足不同场合的要求。Wishbone规范支持的互联类型有四种：点到点、数据流方式、共享总线、交叉（Crossbar）互连方式。这四种互联方式在Wishbone规范中有明确的定义。

下面介绍四种Wishbone总线互连形式。

点到点方式

点到点互连是最简单一种的形式。它适用于两个IP核之间的连接。如图1所示，总线的一边是主端(如微控制器)，一边是从端(如存储器)。

图1 点到点互连

数据流方式

数据流互连框图如图2所示，当数据以连续的方式进行处理时可采用此模式。图中每个IP核兼有主端和从端。数据从一个IP核传送到下一个，与流水线相似。

图2 数据流互连

IP核A处理完数据后将处理结果送给IP核B，IP核B处理完IP核A送来的数据后再将处理结果送给IP核C处理。数据从一个IP核送往另一个IP核，常常将这种处理方式称作流水线。流水线在处理器设计中非常重要，其好处是多个数据可以并行处理，从而提高系统的整体数据处理能力。

共享总线方式

共享总线互联方式适合于系统中有两个或者多个主设备需要与一个或者多个从设备通信的场合，它们通过共享的总线进行通信，其好处是结构紧凑，节省布线资源，缺点是主设备希望与特定从设备通信时可能需要等待。主设备在需要与一个从设备通信时，需要先向仲裁器申请总线占有权，获得允许后开始占用总线并与目标从设备开始通信，通信结束后释放总线。当多个主设备同时希望占有总线时，仲裁器通过一定的优先级逻辑分配总线使用机会。共享总线互联方式在片上系统中得到了广泛的使用，几乎成了片上系统的标志技术之一。共享总线技术在板级系统如PCI总线中也得到了应用。共享总线方式主要适用于多主端和多从端的情况。其典型框图如图3所示。主端发起访问请求，对某一从端进行访问。

图3 共享总线互连

图中的仲裁(Arbiter)模块起到仲裁总线的作用。当两个或两个以上的主端同时申请总线使用时，由仲裁器来决定谁使用总线资源。仲裁器的判定规则是由系统工程师决定的，可以使用有优先级别的仲裁方式，也可以使用循环令牌方式(无优先级别)。
共享总线是用的较多的一种，在微机中就有使用。它的主要优点是互连系统紧凑，所需添加逻辑门少。它的主要缺点是同一时间只能有一个主端使用总线，其它主端要等待正在使用总线的主端结束使用总线。因此这种互连方式，它的数据传输率比较低。

交叉方式

交叉互连方式较共享总线互联方式略复杂。共享总线互联方式在任一时刻只允许最多有一对主设备和从设备通过共享总线进行通信，而十字交叉互联方式最多同时允许超过一对的主设备和从设备对同时进行通信，如图4所示。当然，在交叉互连方式中，一个从设备在任一时刻只能与一个主设备进行通信，两个主设备不能同时访问同一从设备。交叉互连主要使用在多个主端同时访问多个从端的情况。其典型框图如图4所示。在这种连接方式下，主端发出地址总线请求对某个从端进行访问，仲裁器查看总线总线和从端空闲，并决定是否给主端总线访问权利。注意，这里的多个主端不能同时访问同一个从端，也就是一个从端在某一时刻只能被一个主端访问。

图4 交互互连

图中建立了两条总线连接，很明显数据的传输速度要比共享总线方式大大增加，直同时系统的开销也相应的增加。这种模式主要在有高速数据传输率要求情况下使用。此外，还有一种更复杂的基于交换结构的互连。基于交换结构的互连比交叉互连方式的INTERCON模块更复杂，一般的，基于交换结构的互联比交叉互连允许同时通信的主从设备对更多。随着技术的发展，已经出现了比片上总线更复杂的片上网络技术（Network on chip）。基于片上网络技术，已经出现了内含几十个32位处理器的芯片，已应用于CISCO的高端路由器中。