chisel 仲裁器Arbiter和队列Queue（ready-valid接口）

一、ready-valid接口

Arbiter和Queue都使用了ready-valid接口，该类型的端口在单一数据信号的基础上又添加了ready和valid信号以使用ready-valid握手协议。它包含3个信号：

• ready：高有效时表示数据接收者consumer已经准备好接收信号，由consumer驱动。
• valid：高有效时表示数据生产者producer已经准备好待发送的数据了，由producer驱动。
• bits：是要在producer与consumer之间传输的数据。

需要注意的是，valid和ready信号之间不能存在组合逻辑关系，valid信号应该只依赖于此时的源数据是否有效，ready信号应该只依赖于此时的数据接收者是否准备好接收数据了。当在某个时钟周期，valid和ready同时有效时，数据被视为传输。

创建ready-valid接口很简单，使用单例对象Decoupled即可创建，有以下两种形式：

• Decoupled(...)：可以传入任意的数据类型，然后返回一个ready-valid接口，此时ready是input信号，valid和bits都是output信号。因此它是属于数据生产者producer的端口。

• Flipped(Decoupled(...))：Flipped()会将ready-valid接口的信号方向进行取反，因此此时ready是output信号，valid和bits都是input信号。因此它是属于数据接收者consumer的端口。

数据接收者和发送者都是相对的，一定要根据具体的情况正确设置信号方向。

二、仲裁器Arbiter

Chisel内建了两种仲裁器，一种是优先仲裁器，另一种是循环仲裁器。

• 优先仲裁器的输入通道的优先级是固定的，每次都是选择多个有效通道中优先级最高的。
• 而循环仲裁器每次都从不同的起点开始仲裁，采用轮询方式查看各个通道是否有请求，优先选择先查到的有效通道。由于起点是依次变化的，所以每个通道总体来说具有相同的优先级。

第一种仲裁器优先仲裁器Arbiter在chisel3.util包下面，只定义了Arbiter类，没有单例对象，所以每次都需要通过new来创建Arbiter对象。

创建Arbiter对象的方式如下所示：

new Arbiter(gen: T, n: Int)

需要提供两个参数，gen是传输的数据的类型，n是待仲裁对象的个数，也即数据发送者producer的个数。数据接收者consumer的个数为默认为1。

Arbiter内部使用ArbiterIO定义端口，而ArbiterIO内部又使用Decoupled()创建最终所需的ready-valid接口，定义如下：

class ArbiterIO[T 
    c.io.in(0).valid.poke(false.B)
    c.io.in(1).valid.poke(false.B)
    c.io.out.ready.poke(false.B)
    println(s"Start:")
    println(s"\tin(0).ready=${c.io.in(0).ready.peek().litValue}, in(1).ready=${c.io.in(1).ready.peek().litValue}")
    println(s"\tout.valid=${c.io.out.valid.peek().litValue}, out.bits=${c.io.out.bits.peek().litValue}")
    c.io.in(1).valid.poke(true.B)  // Valid input 1
    c.io.in(1).bits.poke(42.U)
    c.io.out.ready.poke(true.B)
    // What do you think the output will be?
    println(s"valid input 1:")
    println(s"\tin(0).ready=${c.io.in(0).ready.peek().litValue}, in(1).ready=${c.io.in(1).ready.peek().litValue}")
    println(s"\tout.valid=${c.io.out.valid.peek().litValue}, out.bits=${c.io.out.bits.peek().litValue}")
    c.io.in(0).valid.poke(true.B)  // Valid inputs 0 and 1
    c.io.in(0).bits.poke(43.U)
    // What do you think the output will be? Which inputs will be ready?
    println(s"valid inputs 0 and 1:")
    println(s"\tin(0).ready=${c.io.in(0).ready.peek().litValue}, in(1).ready=${c.io.in(1).ready.peek().litValue}")
    println(s"\tout.valid=${c.io.out.valid.peek().litValue}, out.bits=${c.io.out.bits.peek().litValue}")
    c.io.in(1).valid.poke(false.B)  // Valid input 0
    // What do you think the output will be?
    println(s"valid input 0:")
    println(s"\tin(0).ready=${c.io.in(0).ready.peek().litValue}, in(1).ready=${c.io.in(1).ready.peek().litValue}")
    println(s"\tout.valid=${c.io.out.valid.peek().litValue}, out.bits=${c.io.out.bits.peek().litValue}")
}

Elaborating design… Done elaborating. Start: in(0).ready=0, in(1).ready=0 out.valid=0, out.bits=0 valid input 1: in(0).ready=1, in(1).ready=1 out.valid=1, out.bits=42 valid inputs 0 and 1: in(0).ready=1, in(1).ready=0 out.valid=1, out.bits=43 valid input 0: in(0).ready=1, in(1).ready=0 out.valid=1, out.bits=43 test Helper_Anon Success: 0 tests passed in 2 cycles in 0.077434 seconds 25.83 Hz

没有什么需要特别说明的，因为它就是一个组合逻辑的模块。

第二种仲裁器循环仲裁器RRArbiter也在chisel3.util包下面，并且只定义了RRArbiter类，没有单例对象，所以每次都需要通过new来创建RRArbiter对象。它的创建与调用方式和Arbiter是一样的，只是内部实现的仲裁逻辑不同。

三、队列Queue

Chisel内建了队列Queue，它会创建一个使用ready-valid接口 的FIFO，在chisel3.util包下面既定义了Queue类，也定义了其单例对象，所以有两种创建Queue对象的方式。

Queue内部使用QueueIO定义端口，QueueIO最终仍然是使用Decoupled()创建所需的ready-valid接口，定义如下：

class QueueIO[T