控制類寄存器2種實現(xiàn)方式

在數(shù)據(jù)處理過程中，需要一些可配置的寄存器，用于控制數(shù)據(jù)處理過程中的行為，如果各類處理信號的使能信號，還有功能模塊的特定控制信號。

例如：在ETH處理過程中，有數(shù)據(jù)流使能控制，最大包長度控制信號。

例如：在PCIE中，存在bus master enable信號，max payload size等控制信號。

那么這類可配置的控制類寄存器是如何在數(shù)據(jù)處理過程中起作用的呢？有哪些實現(xiàn)方式呢？

下圖所示，data_in為輸入數(shù)據(jù)，data_out是處理后的數(shù)據(jù)，處理過程中data_proc_a/b/c需要用到控制寄存器對處理進行處理，client_id表示data的id號，模塊采用時分復(fù)用的方式處理不同id的data。

實現(xiàn)方式1: 寄存器信號線輸出

通過寄存器信號線的方式輸出給需要的模塊，如圖方式1，cfg module把所有的控制信號都暴露出來，送給需要的模塊data_proc_a/b/c，data有效時，根據(jù)client_id選擇需要的控制信號。

優(yōu)點：

-此類設(shè)計簡單，容易理解與實現(xiàn)。

-此設(shè)計限制小，可以用于各類情況下的設(shè)計

缺點：

-控制信號線較多，高頻設(shè)計不利于布局布線

-不利于規(guī)模擴展，例如client_id數(shù)量從8增加到16，需要修改大量的代碼。

實現(xiàn)方式2: 邏輯通過類ram接口主動獲取

此設(shè)計中，控制寄存器以ram（或者類似）的方式實現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理模塊data_proc_a主動讀取控制信號，當(dāng)有效數(shù)據(jù)來臨時，以client_id作為rdaddr讀取，一次讀取處理流程中所需的控制信號（rdata），進行數(shù)據(jù)處理，并且將控制信號（rdata）進行pipe與data對齊，提供給后期模塊data_proc_b/c

優(yōu)點：

-規(guī)模擴展方便，例如client_id數(shù)量從8增加到16，僅限cfg_ram的規(guī)模修改，data_proc_a/b/c僅僅需要修改client_id位寬參數(shù)。

-控制信號線較少，有利于時序優(yōu)化和布局布線

缺點：

-此設(shè)計適用于數(shù)據(jù)的pipeline處理，并且ram讀出存在一定的讀延時，存在一定限制。

一種主動的流控實現(xiàn)方式

1、流控機制

在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，發(fā)送者向接收者發(fā)送數(shù)據(jù)，通常需要接收者通知發(fā)送者自身是否可以接收數(shù)據(jù)，當(dāng)接收者即將無法接收數(shù)據(jù)時（如FIFO快滿時），發(fā)送者需要停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這就是流控機制。

2、流控機制過程

初始化流程：

（1）復(fù)位釋放后，初始化，module b 通過信號fc_update_signal 通知module a 自身fifo深度是多少

（2）Tx_fc_ctrl 收到初始化信息后，得知module b存在有效fifo 緩存，通知ren_ctrl允許產(chǎn)生讀使能ren

（3）ren_ctrl產(chǎn)生讀使能ren

（4）ren輸出給tx_fc_ctrl，module b的有效fifo深度減一

（5）tx_fc_ctrl計算module b是否存在有效數(shù)據(jù)，有則允許ren_ctrl產(chǎn)生讀使能

（6）ren_ctrl產(chǎn)生讀使能ren，并通知到tx_fc_ctrl，module b的有效fifo深度減一

（7）tx_fc_ctrl計算module b是否存在有效數(shù)據(jù)，有則允許ren_ctrl產(chǎn)生讀使能，沒有則不允許ren_ctrl產(chǎn)生讀使能

（a）Module b模塊fifo已存在有效數(shù)據(jù)，從fifo讀取一個數(shù)據(jù)，此時已釋放出一個fifo深度

（b）Fc_update更新fc_update_signal,通知tx_fc_ctrl模塊module b已釋放一個fifo空間，tx_fc_ctrl記錄的有效深度加1

（c）此時tx_fc_ctrl允許ren_ctrl產(chǎn)生讀使能

3、特點說明

此種流控機制需要發(fā)送端和接收端配合管理有效緩存空間。相對比單一bit的flow ctrl信號來說，稍微復(fù)雜一些，但是有個顯著的優(yōu)點，相對于被動流控機制（見IC設(shè)計高級006：流控反壓機制導(dǎo)致的路徑延時），能夠有效減少module b中的Data fifo的深度。

如圖，data pipeline的深度是不確定的，可能是20~100個周期，而流控信號只有4個pipe，在考慮其他方面的延時有3拍，

不考慮性能的情況下：保證不溢出，module b的fifo深度最小需要：

本文流控機制：深度為1 ； 被動流控機制：深度為1+100+4+3

滿足最大性能的情況下，保證下游不斷流：module b的fifo深度需要：

本文流控機制：100+4+3+1 ； 被動流控機制：2*（100+4+3+1）

審核編輯 ：李倩