Как сделать быстрый Priority encoder, Проблема множества прерываний. Опции

[count_enable]

Дано: от 10 до 100 блоков могущих сгенерировать прерывание. Требуется: подтвердить приём прерывания и записать номер блока в память.

Моя логика: Блоки остаются в высоком состоянии пока не получат подтверждения. Приоритетным энкодером выбирать по одному блоку за такт. Желательно чтобы энкодер работал быстрее чем тактовая блоков, чтобы максимально быстро их обслужить.

Написал приоритетный энкодер типа:

Код

entity spikebuffer is
generic( NUMINPUTS: integer:=1000;
            OUT_WIDTH:integer :=10);
    Port ( REQ : in  STD_LOGIC_VECTOR (NUMINPUTS-1 downto 0);
              ACK : out  STD_LOGIC_VECTOR (NUMINPUTS-1 downto 0);
           CLK : in  STD_LOGIC;
           AEROUT : out  STD_LOGIC_VECTOR (OUT_WIDTH-1 downto 0);  --отсюда вылетает номер прерывания 1 за такт
              DVALID:out STD_LOGIC);
end spikebuffer;

architecture Behavioral of spikebuffer is


begin

shifting : PROCESS(clk)
   VARIABLE highest_switch : integer range 0 to NUMINPUTS := NUMINPUTS;
begin
if rising_edge(CLK) then
ACK<=(others=>'0');
DVALID<='0';
highest_switch := NUMINPUTS;
   for i in 0 to NUMINPUTS-1  loop
      if REQ((i)) = '1' then                       -- ищем прерывания
         highest_switch := (i);                -- последнее найдённое запоминаем
            DVALID<='1';
      end if;
   end loop;
    if (highest_switch<NUMINPUTS) then   -- если были прерывания
        AEROUT<=std_logic_vector(to_unsigned(highest_switch,AEROUT'length));
        ACK(highest_switch)<='1';       -- то подтверждаем приём и тогда блок отпустит REQ
    else
        DVALID<='0';
        ACK<=(others=>'0');
    end if;
end if;
end process;

К сожалению для 7 виртекса синтезируется на ~140 Mhz. Возможно ли написать требуемый блок быстрее? Как за мин. количество клоков прочитать и запомнить от 0 до 100 прерываний?

[count_enable]

Внутри ПЛИС Hi-Z не действуют...

ЕМНИП синтезатор заменяет их на wire OR вполне успешно, иначе я не совсем понял как "запретить" блоку выставлять что-то на общую шину. Все блоки сидят на одной "IRQNUM" и должны какое-то состояние выставить. Разве нет?

Написал согласно Вашим рецептам, но с hi-z, синтезировалось и симулируется. Показывает 446 МГц для 100 блоков - вполне неплохо, хотя на большие "гирлянды" конечно масштабировать не стоит.

Теперь о каскадировании. Уважаемый RobFPGA, это была моя начальная идея, но я так и не придумал как потом объединять несколько выходных потоков в реальном времени.
Я немного неправильно описал систему, слишком упрощённо. Не хочу перегружать деталями. Точный порядок прерываний не нужен, они квантуются каждые несколько десятков клоков - т.е. внутри этого окна они могут быть перемешаны, но обрабатывать их после этого окна нежелательно. Окна формируются прерыванием от Глобального Оконного Таймера (ГОТ). Т.е. между двумя событиями ГОТ порядок остальных прерываний роли не играет.

Общая логика такова: каждый блок может заявить прервание каждые Х клоков. Если Х>N то задача тривиальна но обычный случай это N=100..200 X=20, частота ок.300 МГц. Т.е. в критичном случае у нас будет 200 прерываний и 20 циклов (300 МГц) на обработку. Если прерывание не было обслужено на протяжении 20 циклов то поднимается флаг "ПРОСРОЧЕН" который тормозит конвеер пока все прерывания не обработают.
Обработка прерывания - запись его в большую очередь.
Соответственно задача стоит обработать макс. число прерываний за мин. время. Подход двоякий: во-первый второй тактовый сигнал большей частоты, во-вторых минимальное число клоков на обработку.

Если поделить все блоки на группы меньше 20 то задача банально решается опросом. Но после этого у нас есть N/20 независимых очередей которые надо склеить в одну сохранив порядок окон ГОТ. Мои неуклюжие попытки (поллинг мастеров и поочередная выгрузка очередей "до следующего ГОТа") к сожалению получались неудобными и медленными.

Я подозреваю надо обьеденить подходы, или сделав daisy-chain из локальных мастеров, или наоборот, сделать дерево где локальные мастера будут короткими daisy-chain цепочками (10 блоков синтезируются на ок.800 Мгц).
Я продолжаю экспериментировать, и буду благодарен за новые идеи.