基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路

本发明属于电子电路，涉及一种仲裁电路，具体涉及一种微电子中的基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，可用于动态视觉传感器。

背景技术：

1、动态视觉传感器包括像素电路、线或电路、仲裁电路、编码电路和握手电路。仲裁电路负责动态视觉传感器的总线通信以及解决信号冲突问题，保证像素电路的逻辑信号准确快速处理。仲裁电路的仲裁速度和仲裁公平性是仲裁电路最重要的两个性能，仲裁速度决定着动态视觉传感器芯片的数据吞吐量，数据吞吐量和仲裁公平性又直接影响着成像质量。

2、2022年，张志远在其“仿生动态视觉传感器集成电路设计”(张志远.西安电子科技大学,2020.)中，公开了一种应用于动态视觉传感器的由二输入平均仲裁电路级联而成的平均仲裁电路，其结构如图1所示，其所采用的动态视觉传感器的分辨率为2n×2n，行或者列的平均仲裁电路由2n-1个二输入平均仲裁电路级联而成，其中n≥1；二输入平均仲裁电路的结构如图2所示，由预选单元、优先权选择单元和通信单元组成。当输入为2n个，且仲裁器在2n个请求信号同时发生请求时，仲裁器能够实现每个请求信号轮换优先权。

3、该平均仲裁电路需要在具有n层次的树中排列2n-1个二输入平均仲裁电路，在2n个请求信号之间进行仲裁；根级别的仲裁电路选择获胜的子树，该信号沿树向下传播。这个过程一直持续到输入获得访问共享输出总线的确认。多个请求在短时间内到达时，其中一个请求信号将赢得仲裁，而所有其他请求都将排队，直到获胜的输入释放输出总线。

4、该平均仲裁电路能够对所有输入请求信号的优先级进行轮换，实现公平仲裁，但其存在的缺陷在于m个(m≥2)请求信号都必须在平均仲裁电路中的每一层进行传播仲裁，每个请求信号通过log2m阶段，传播总耗时mlog2m，当动态视觉传感器工作于大量事件环境时，由仲裁电路产生的延迟呈指数型上升，导致电路仲裁速度降低，从而降低了动态视觉传感器的数据吞吐量，进而降低了动态视觉传感器的成像质量。而且对于平均仲裁电路来说，虽然能够对所有输入请求信号的优先级进行轮换，但这种公平在时空上呈现稀疏特性，不符合实际探测场景中物体运动规律，影响动态视觉传感器的成像质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，用于解决现有技术中存在的仲裁速度较慢和仲裁公平性较差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，包括尖峰扫描电路和令牌环电路；所述尖峰扫描电路包括顺次连接的第一补位单元、由顺次连接的减运算单元和反相器inv组成的预处理单元，以及与门agnd和或门or；所述与门agnd的一个输入端与反相器inv的输出端连接，另一个输入端与第一补位单元的输出端连接，该与门agnd的输出端连接有并行排布的高位选择单元和低位选择单元；或门or的两个输入端分别与高位选择单元、低位选择单元连接；所述令牌环电路包括顺次连接的边沿检测单元、令牌单元和第二补位单元；所述边沿检测单元的输入端与或门or的输出端连接，所述第二补位单元的输出端与减运算单元连接；

4、所述第一补位单元，用于对外界输入的请求信号req[0:n-1]进行高n位补0，产生一个预处理请求信号req2[0:2n-1]，n≥2；

5、所述预处理单元，其中的输入正端与第一补位单元连接的减运算单元，用于将预处理请求信号req2[0:2n-1]与第二补位单元输出的补位令牌信号token1[0:2n-1]按位相减，反相器inv，用于对按位相减后的信号minus[0:2n-1]进行按位取反，产生优先权选择信号minus_inv[0:2n-1]；

6、所述与门agnd，用于对预处理请求信号req2[0:2n-1]与minus_inv[0:2n-1]进行与运算，产生预处理应答信号grant2[0:2n-1]；

7、所述高位选择单元、低位选择单元，分别用于选择预处理应答信号grant2[0:2n-1]中包含req[0:n-1]的1个高位目标尖峰信息的n位高位预处理应答信号grant2[n:2n-1]、包含req[0:n-1]的1个低位目标尖峰信息的n位低位预处理应答信号grant2[0:n-1]；

8、所述或门or，用于对grant2[0:n-1]和grant2[n:2n-1]按位进行或运算，生成高有效位为req[0:n-1]的尖峰的应答信号grant[0:n-1]；

9、所述边沿检测单元，用于检测应答信号grant[0:n-1]的上升沿；

10、所述令牌单元，用于产生n位令牌信号token[0:n-1]，检测到grant[0:n-1]的上升沿时，将令牌信号token[0:n-1]中的高有效位向高位移动一位；

11、所述第二补位单元，用于对令牌信号token[0:n-1]进行高n位补0，产生补位令牌信号token1[0:2n-1]。

12、所述第二补位单元，其输出的预处理令牌信号token1[0:2n-1]的初始值为2n位信号0000…0001。

13、所述令牌单元，其输出的令牌信号token[0:n-1]的初始值为n位信号0000…0001。

14、所述高位目标尖峰信息和低位目标尖峰信息，分别是指请求信号req[0:n-1]中的req[n-1]和req[0:n-2]。

15、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

16、第一，本发明由于包含有尖峰扫描电路，尖峰扫描电路对请求信号req[0:n-1]的高有效位顺次扫描，选择距扫描起始点到的第一个高有效位，请求信号仅在一层传播仲裁，在m个输入请求信号同时到来时，经过m次请求传播输出m个应答信号，每个请求仅经过1个阶段，传播总耗时m，平均单次处理请求信号用时减小了log2m倍，提高了仲裁电路的速度，可实现动态视觉传感器较大的数据吞吐量，从而实现更高的成像质量。

17、第二，本发明由于采用令牌环电路，令牌信号中高有效位对应的请求信号是尖峰扫描的出发点，令牌信号初始值为0000…0001，每当仲裁电路输出一个高有效的应答信号时，边沿检测单元检测到应答信号的上升沿，令牌信号的高有效位向高位移动一位，当令牌信号的高有效位在最高位时，下次高有效位返回到最低位，实现所有信号的仲裁优先级在时空上依次轮换，这种公平在时空上连续，符合动态视觉传感器实际应用中目标物体的运动规律，实现仲裁电路更公平的仲裁，提高了动态视觉传感器的成像质量。

技术特征：

1.一种基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，其特征在于，包括尖峰扫描电路和令牌环电路；所述尖峰扫描电路包括顺次连接的第一补位单元、由顺次连接的减运算单元和反相器inv组成的预处理单元，以及与门agnd和或门or；所述与门agnd的一个输入端与反相器inv的输出端连接，另一个输入端与第一补位单元的输出端连接，该与门agnd的输出端连接有并行排布的高位选择单元和低位选择单元；或门or的两个输入端分别与高位选择单元、低位选择单元连接；所述令牌环电路包括顺次连接的边沿检测单元、令牌单元和第二补位单元；所述边沿检测单元的输入端与或门or的输出端连接，所述第二补位单元的输出端与减运算单元连接；

2.根据权利要求1所述的基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，其特征在于，所述第二补位单元，其输出的预处理令牌信号token1[0:2n-1]的初始值为2n位信号0000…0001。

3.根据权利要求1所述的基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，其特征在于，所述令牌单元，其输出的令牌信号token[0:n-1]的初始值为n位信号0000…0001。

4.根据权利要求1所述的基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，其特征在于，所述高位目标尖峰信息和低位目标尖峰信息，分别是指请求信号req[0:n-1]中的req[n-1]和req[0:n-2]。

技术总结
本发明提出了一种基于令牌环的尖峰扫描仲裁电路，包括尖峰扫描电路和令牌环电路；尖峰扫描电路包括顺次连接的第一补位单元、由顺次连接的减运算单元和反相器INV组成的预处理单元，以及与门AGND和或门OR；令牌环电路包括顺次连接的边沿检测单元、令牌单元和第二补位单元。本发明令牌环电路能够利用令牌在所有请求信号之间公平分配优先级，尖峰扫描电路扫描请求信号，并根据请求信号的优先级输出对应的应答信号，提高仲裁电路的速度，实现时空上的公平仲裁，有效提高动态视觉传感器的成像质量。

技术研发人员：李先锐,白宛静,石光明,程俊,孙基伟
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13