AMBA总线笔记

编程入门行业动态更新时间:2024-10-08 12:38:22

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AMBA总线笔记

ARM研发的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)提供一种特殊的机制，可将RISC处理器集成在其它IP芯核和外设中，2.0版AMBA标准定义了三组总线：AHB(AMBA高性能总线)、ASB(AMBA系统总线)、和APB(AMBA外设总线)。

AMBA开放规范
AMBA 协议是用于连接和管理片上系统 (SoC) 中功能模块的开放标准和片上互连规范。它有助于首次开发带有大量控制器和外设的多处理器设计。AMBA 通过使用 AXI、AHB、APB 和 ATB 的规范对 SoC 模块的共同主干进行定义，这有助于设计的重复使用。

AXI（Advanced eXtensible Interface）是一种总线协议，该协议是ARM公司提出的AMBA3.0中最重要的部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。AMBA4.0将其修改升级为AXI4.0。
AMBA4.0 包括AXI4.0、AXI4.0-lite、ACE4.0、AXI4.0-stream。
AXI4.0-lite是AXI的简化版本，ACE4.0 是AXI缓存一致性扩展接口，AXI4.0-stream是ARM公司和Xilinx公司一起提出，主要用在FPGA进行以数据为主导的大量数据的传输应用。

AHB

随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基于时序驱动的设计方法，发展到基于IP核复用的设计方法，并在SOC设计中得到了广泛应用。在基于IP核复用的SoC（System on Chip的缩写，称为系统级芯片，也有称片上系统）设计中，片上总线设计是最关键的问题。为此，业界出现了很多片上总线标准。其中，由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。

AHB=Advanced High Performance Bus，译作高级高性能总线。如同USB（Universal Serial Bus）一样，也是一种总线接口。

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，作为SoC的片上系统总线，它包括以下一些特性：
单个时钟边沿操作；
非三态的实现方式；
支持突发传输；
支持分段传输；
支持多个主控制器；
可配置32位~128位总线宽度；
支持字节、半字和字的传输。
流水线方式
一个周期内完成总线主设备（ master ）对总线控制权的交接

AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。

APB

APB（the Advanced Peripheral Bus）主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等，它的总线架构不像AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB 桥。其特性包括：
两个时钟周期传输；
无需等待周期和回应信号；
控制逻辑简单，只有四个控制信号。

APB是本地二级总线（local secondary bus ），通过桥和AHB/ASB相连。它主要是为了满足不需要高性能流水线接口或不需要高带宽接口的设备的互连。APB的总线信号经改进后全和时钟上升沿相关，这种改进的主要优点如下：

更易达到高频率的操作
性能和时钟的占空比无关
STA 单时钟沿简化了
无需对自动插入测试链作特别考虑
更易与基于周期的仿真器集成
APB 只有一个APB桥，它将来自AHB/ASB的信号转换为合适的形式以满足挂在APB上的设备的要求。桥要
负责锁存地址、数据以及控制信号，同时要进行二次译码以选择相应的APB设备

1)系统初始化为IDLE状态，此时没有传输操作，也没有选中任何从模块。2)当有传输要进行时，PSELx=1，PENABLE=0，系统进入SETUP状态，并只会在SETUP 状态停留一个周期。当PCLK的下一个上升沿时到来时，系统进入ENABLE 状态。
3)系统进入ENABLE状态时，维持之前在SETUP 状态的PADDR、PSEL、PWRITE不变，并将PENABLE置为1。传输也只会在ENABLE状态维持一个周期，在经过SETUP与ENABLE状态之后就已完成。之后如果没有传输要进行，就进入IDLE状态等待；如果有连续的传输，则进入SETUP状态。

大多数挂在总线上的模块(包括处理器)只是单一属性的功能模块：主模块或者从模块。主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB/APB 桥等。

另外，还有一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块。

如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。虽然仲裁规范是AMBA总线规范中的一部分，但具体使用的算法由RTL设计工程师决定，其中两个最常用的算法是固定优先级算法和循环制算法。AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构(具体参阅ARM公司推出的Multi-layer AHB规范)。APB 桥既是APB总线上唯一的主模块，也是AHB系统总线上的从模块。其主要功能是锁存来自AHB系统总线的地址、数据和控制信号，并提供二级译码以产生APB外围设备的选择信号，从而实现AHB协议到APB协议的转换。