Wishbone總線的異步周期結(jié)束路徑

為了實現(xiàn)在給定時鐘頻率下的最大可能吞吐量，Wishbone采用了周期異步結(jié)束方式。這樣做的結(jié)果是從主設(shè)備的STB_O到從設(shè)備的ACK_O/ERR_O/RTY_O再到主設(shè)備的ACK_I/ERR_I/RTY_I輸入形成了一個異步回路，如圖23。在大型SoC設(shè)計中，該回路往往成為整個設(shè)計的關(guān)鍵路徑，限制系統(tǒng)時鐘頻率的進(jìn)一步提高。在深亞微米時代，由于線延遲往往比門延遲更大，這一異步回路更加可能成為系統(tǒng)性能的瓶頸。

圖23 Wishbone總線的異步周期結(jié)束路徑

這一問題的最簡單解決方法是插入寄存器將回路斷開，但這樣做的缺點是在每一次總線操作中都需要插入一個等待周期，從而制約了總線吞吐量。如圖24所示，在上升沿0主設(shè)備發(fā)起了一次操作，在上升沿1從設(shè)備發(fā)起響應(yīng)將ACK_O置高，在上升沿2主設(shè)備檢測到ACK_I為高完成第一次操作并發(fā)起第二次操作，但是在上升沿2從設(shè)備并不知道主設(shè)備會發(fā)起第二次操作，因此只能將ACK_O信號置低。在上升沿3從設(shè)備才能對第二次操作發(fā)起響應(yīng)將ACK_O置高，在上升沿3主設(shè)備檢測到ACK_I為高完成第二次操作。

圖24 Wishbone總線的傳統(tǒng)同步周期結(jié)束方式

在圖24中，每一次傳輸都需要兩個時鐘周期，一半的帶寬被浪費。如果從設(shè)備在上升沿3知道主設(shè)備將發(fā)起新的操作，它將能夠在上升沿3就對主設(shè)備的操作發(fā)起響應(yīng)，從而節(jié)省時鐘周期提高了系統(tǒng)的吞吐量，利用該思想改進(jìn)后的同步時序如圖25所示。

圖25 Wishbone總線改進(jìn)的同步周期結(jié)束方式

在圖25的上升沿1，主設(shè)備發(fā)起操作，在上升沿2，從設(shè)備將ACK_O置高，在上升沿3，從設(shè)備知道主設(shè)備將發(fā)起新的操作，于是將ACK_O繼續(xù)置高。因此， 3個時鐘周期就完成了2次操作，而不是原來大的4個時鐘周期，于是吞吐量提高了25%。一般的，改進(jìn)后，N次操作需要N+1個時鐘周期，而不是2N個時鐘周期，吞吐量改善為(N-1)/N%。

改進(jìn)后的同步周期結(jié)束方式具備異步周期結(jié)束方式的吞吐量優(yōu)勢，同時具備傳統(tǒng)同步結(jié)束方式的延遲優(yōu)勢。改進(jìn)后的同步周期結(jié)束方式稱作Wishbone寄存反饋周期結(jié)束方式。

表2 優(yōu)化結(jié)果比較