Sức mạnh thực sự của FPGA nằm ở khả năng thực thi song song tuyệt đối. Tuy nhiên, khi nhiều đoạn mã cùng chạy đồng thời và muốn truy cập vào cùng một tài nguyên, một vấn đề nghiêm trọng sẽ nảy sinh: tranh chấp. Bài học này sẽ trang bị cho bạn kiến thức để quản lý các cuộc “xung đột” này một cách hiệu quả.

1. Vấn Đề Cốt Lõi: Tranh Chấp Tài Nguyên (Resource Contention)

Hãy tưởng tượng hai vòng lặp While Loop chạy song song trên sơ đồ khối. Vòng lặp A muốn bật một đèn LED (ghi TRUE vào cổng DIO0), trong khi vòng lặp B lại muốn tắt nó (ghi FALSE vào DIO0) tại cùng một thời điểm. Mạch điện tử sẽ nhận được lệnh nào? Kết quả sẽ không thể đoán trước và gây ra lỗi hệ thống. Đây chính là “tranh chấp tài nguyên”.

Tài Nguyên Dùng Chung (Shared Resources) là gì?

Đó là bất kỳ thành phần nào có thể được truy cập từ nhiều nơi trong VI FPGA của bạn. Các ví dụ phổ biến bao gồm:

Các cổng I/O (Digital, Analog)
Bộ nhớ (Memory Items)
Hàng đợi (FIFOs)
Các biến Local và Global
Các SubVI được cấu hình là Non-Reentrant (sẽ học sau)

Tại sao nó nguy hiểm? Trên máy tính, hệ điều hành sẽ quản lý các xung đột này. Nhưng trên FPGA, bạn đang thiết kế mạch điện. Việc hai tín hiệu cùng cố gắng điều khiển một cổng vật lý giống như việc nối hai nguồn điện khác nhau vào cùng một bóng đèn – kết quả là không xác định và có thể gây hại.

2. Giải Pháp: Arbitration – “Trọng Tài” Điều Phối Truy Cập

Để giải quyết vấn đề tranh chấp, LabVIEW FPGA cung cấp một cơ chế tích hợp sẵn gọi là **Arbitration**. Hãy coi nó như một người “trọng tài” hay một bộ điều khiển giao thông thông minh được tự động thêm vào mạch của bạn.

Khi nhiều đoạn mã (gọi là **Requestors** – bên yêu cầu) cùng gửi yêu cầu truy cập một tài nguyên, bộ phận “trọng tài” (gọi là **Arbiter**) sẽ can thiệp. Nó sẽ chọn ra một Requestor, cho phép nó truy cập tài nguyên và trở thành **Accessor** (bên truy cập). Các Requestor khác sẽ phải đợi đến lượt.

Cái giá của sự an toàn

Arbitration đảm bảo dữ liệu không bị hỏng, nhưng nó cũng mang lại hai hệ quả bạn cần biết:

Tốn tài nguyên FPGA: Mạch logic của Arbiter chiếm một phần tài nguyên (LUTs, Flip-flops) trên chip.
Gây ra độ trễ (Latency) và Jitter: Vì các Requestor có thể phải chờ đợi, thời gian thực thi của một vòng lặp sẽ không còn hoàn toàn cố định. Sự dao động về thời gian này được gọi là “Jitter”, một yếu tố rất quan trọng trong các hệ thống điều khiển thời gian thực.

3. Tìm Hiểu Sâu Các Tùy Chọn Arbitration

LabVIEW cho phép bạn kiểm soát cách “trọng tài” hoạt động thông qua ba tùy chọn chính. Việc lựa chọn đúng sẽ giúp bạn cân bằng giữa hiệu năng và độ an toàn.

A. Arbitrate if Multiple Requestors Only (Tùy chọn Mặc định)

Đây là tùy chọn thông minh và được sử dụng trong hầu hết các trường hợp.

Cách hoạt động: Trình biên dịch sẽ phân tích toàn bộ VI của bạn. Nếu nó phát hiện chỉ có một nơi duy nhất truy cập vào tài nguyên, nó sẽ không tạo ra mạch Arbiter, giúp tiết kiệm tài nguyên và đạt tốc độ tối đa. Nếu có từ hai nơi truy cập trở lên, nó sẽ tự động thêm vào một Arbiter để xử lý tranh chấp.
Khi nào nên dùng: Luôn luôn, trừ khi bạn có lý do đặc biệt để thay đổi. Nó mang lại sự cân bằng tốt nhất.

B. Always Arbitrate (Luôn luôn phân xử)

Cách hoạt động: Bất kể có bao nhiêu nơi truy cập (kể cả chỉ có một), trình biên dịch sẽ luôn luôn tạo ra mạch Arbiter.
Khi nào nên dùng: Rất hiếm khi. Chỉ dùng trong các trường hợp phức tạp khi bạn cần đồng bộ hóa thời gian truy cập giữa các tài nguyên khác nhau và muốn đảm bảo độ trễ (latency) của chúng là như nhau.
Nhược điểm: Lãng phí tài nguyên nếu không cần thiết.

C. Never Arbitrate (Không bao giờ phân xử)

Cách hoạt động: Ra lệnh cho trình biên dịch tuyệt đối không tạo ra mạch Arbiter, ngay cả khi có nhiều nơi cùng truy cập tài nguyên.
Khi nào nên dùng: Khi bạn muốn hiệu năng và tốc độ cao nhất, và bạn có thể đảm bảo 100% bằng logic lập trình rằng sẽ không bao giờ có hai yêu cầu truy cập xảy ra đồng thời. Ví dụ, bạn đặt các lệnh truy cập vào các frame khác nhau của một cấu trúc Flat Sequence.
Rủi ro: Đây là tùy chọn nguy hiểm. Nếu bạn thiết kế sai và tranh chấp vẫn xảy ra, dữ liệu sẽ bị hỏng và hành vi của VI sẽ không thể lường trước. Hãy dùng nó với sự cẩn trọng tối đa.

4. Thực Hành: Thay Đổi Tùy Chọn Arbitration Ở Đâu?

Bạn có thể thay đổi các tùy chọn này cho từng I/O Item hoặc FIFO trong Project Explorer.

Đối với FPGA I/O Item:

Nhấp chuột phải vào I/O Item (ví dụ: “Error_LED_Output”).
Chọn **Properties**.
Trong hộp thoại Properties, chọn mục **Advanced Code Generation** từ danh sách bên trái.
Bạn sẽ thấy các menu thả xuống để chọn arbitration cho các giao diện khác nhau của I/O đó (ví dụ: Output Data, Output Enable).

Đối với FIFO Item:

Nhấp chuột phải vào FIFO Item.
Chọn **Properties**.
Trong hộp thoại Properties, chọn mục **Interfaces** từ danh sách bên trái.
Bạn sẽ thấy các menu thả xuống để chọn arbitration cho các phương thức Read và Write.

Đào tạo, Khóa đào tạo cơ bản, LabVIEW FPGA

Bài 6: Xử Lý Song Song & Tranh Chấp Tài Nguyên (Arbitration)

1. Vấn Đề Cốt Lõi: Tranh Chấp Tài Nguyên (Resource Contention)

Tài Nguyên Dùng Chung (Shared Resources) là gì?

2. Giải Pháp: Arbitration – “Trọng Tài” Điều Phối Truy Cập

Cái giá của sự an toàn

3. Tìm Hiểu Sâu Các Tùy Chọn Arbitration

A. Arbitrate if Multiple Requestors Only (Tùy chọn Mặc định)

B. Always Arbitrate (Luôn luôn phân xử)

C. Never Arbitrate (Không bao giờ phân xử)

4. Thực Hành: Thay Đổi Tùy Chọn Arbitration Ở Đâu?

Đối với FPGA I/O Item:

Đối với FIFO Item:

ThaoNguyen

1 những suy nghĩ trên “Bài 6: Xử Lý Song Song & Tranh Chấp Tài Nguyên (Arbitration)”

Để lại một bình luận Hủy

CÔNG TY CỔ PHẦN HỆ THỐNG AIOT

VỀ CHÚNG TÔI

QUY ĐỊNH & CHÍNH SÁCH

ĐỊA CHỈ VĂN PHÒNG GIAO DỊCH