ARM架构的微控制器总线矩阵仲裁策略

在 ARM 架构的微控制器（MCU）中，总线矩阵的 仲裁策略（Arbitration Policy） 是决定多个主设备（如 CPU、DMA、高速外设等）访问共享从设备（如内存、外设）顺序的核心机制。合理的仲裁策略能平衡系统性能、实时性和公平性。以下是总线矩阵仲裁策略的详细说明：

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1. 常见仲裁策略

总线矩阵的仲裁器（Arbiter）通常支持以下策略：

(1) 固定优先级（Fixed Priority）

• 机制：
  每个主设备被分配一个固定的优先级等级（通常数值越小优先级越高）。当多个主设备请求同一从设备时，仲裁器始终选择优先级最高的主设备。
• 特点：
  • 优势：确定性高，适用于实时性要求严格的场景（如中断响应、高速数据传输）。
  • 缺点：低优先级主设备可能因长期无法获得总线使用权而“饥饿”（Starvation）。
• 应用场景：
  • DMA 传输优先于 CPU 后台任务。
  • 关键外设（如 Ethernet、USB）优先访问内存。

(2) 轮询优先级（Round-Robin）

• 机制：
  主设备按顺序依次获得总线访问权限，确保公平性。仲裁器循环遍历所有请求的主设备，每次分配一个时间片或单次传输机会。
• 特点：
  • 优势：避免单一主设备独占总线，适合多主设备均衡负载。
  • 缺点：可能增加高优先级任务的延迟。
• 应用场景：
  • 多个 DMA 通道并行传输数据（如 ADC、UART、SPI 同时工作）。
  • 多核系统中各核公平访问共享资源。

(3) 动态优先级（Dynamic Priority）

• 机制：
  优先级根据实时条件动态调整，例如：
  • 等待时间：长时间未获得总线的主设备优先级提升。
  • 任务紧急度：由软件或硬件事件（如中断）触发优先级变更。
  • 带宽需求：高带宽主设备临时获得更高优先级。
• 特点：
  • 优势：灵活适应复杂场景，兼顾效率和公平性。
  • 缺点：硬件复杂度高，需额外逻辑支持。
• 应用场景：
  • 混合关键性任务系统（如汽车电子中安全关键任务优先）。
  • 动态负载调整（如突发数据传输时临时提升优先级）。