AMBA總線陣營的強(qiáng)大超乎多數(shù)人的想象。AMBA總線是一個在SoC領(lǐng)域使用的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。AMBA總線的最大優(yōu)點(diǎn)是開放的架構(gòu)，和因此帶來的免費(fèi)。開放的總線標(biāo)準(zhǔn)使AMBA總線迅速普及，而且更易吸收整個半導(dǎo)體界的成果。

AMBA總線標(biāo)準(zhǔn)提供的AXI，AHB，ASB，APB和ATB總線，不僅使用在ARM處理器系統(tǒng)中，MIPS和PowerPC處理器也開始使用AMBA總線。在接下來的文章中我們重點(diǎn)為大家介紹AHB, AXI總線協(xié)議。

內(nèi)容概括

這次為大家講述的內(nèi)容包括：

AHB介紹

總線互聯(lián)

AHB信號描述

基本傳輸

0****1

AHB介紹

AMBA是為提高性能綜合設(shè)計(jì)的要求而產(chǎn)生的新一代AMBA總線它是支持總線主機(jī)和提供高帶寬的高性能總線。AHB實(shí)現(xiàn)了高性能，高時鐘頻率系統(tǒng)的以下特征要求：突發(fā)傳輸；分塊處理；單周期總線主機(jī)移交；單時鐘沿操作；非三態(tài)執(zhí)行；

AHB 的設(shè)計(jì)可能包含一個或者多個主機(jī)，一個典型的系統(tǒng)將至少包含處理器和測試接口。然而，將直接數(shù)據(jù)存取（DMA）或者數(shù)字信號處理器（DSP）包含作總線主機(jī)也很普遍。

典型的 AMBA AHB 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下的成分：

AHB 主機(jī) ：總線主機(jī)能夠通過提供地址和控制信息發(fā)起讀寫操作。任何時候只允許一個總線主機(jī)處于有效狀態(tài)并能使用總線。

AHB 從機(jī) ：總線從機(jī)在給定的地址空間范圍內(nèi)響應(yīng)讀寫操作。總線從機(jī)將成功、失敗或者等待數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柗祷亟o有效的主機(jī)。

AHB 仲裁器 ：總線仲裁器確保每次只有一個總線主機(jī)被允許發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。即使仲裁協(xié)議已經(jīng)固定，任何一種仲裁算法，比如最高優(yōu)先級或者公平訪問都能夠根據(jù)應(yīng)用要求而得到執(zhí)行。AHB 必須只包含一個伸裁器，盡管在單總線主機(jī)系統(tǒng)中這顯得并不重要。

AHB 譯碼器： AHB 譯碼器用來對每次傳輸進(jìn)行地址譯碼并且在傳輸中包含一個從機(jī)選擇信號。所有 AHB 執(zhí)行都必須僅要求有一個中央譯碼器。

02

總線互聯(lián)

AHB總線協(xié)議設(shè)計(jì)使用一個中央多路選擇器互聯(lián)方案。使用該方案所有總線主機(jī)設(shè)備輸出地址和控制信號來指示它們想執(zhí)行的傳輸，同時仲裁器決定哪一個主機(jī)能夠?qū)⑺牡刂泛涂刂菩盘栠B通到所有的從機(jī)。當(dāng)然也需要—個譯碼器來控制讀數(shù)據(jù)和響應(yīng)多路信號選擇器，多路信號選擇器選中米自傳輸中所包含從機(jī)的適當(dāng)信號。圖 1表示了實(shí)現(xiàn)包含三個主機(jī)和四個從機(jī)的AHB設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求。

圖1 多路選擇器互聯(lián)

0****3

AHB信號描述

0****4

基本傳輸

一筆傳輸由如下兩部分組成：

地址階段 ：一個周期

數(shù)據(jù)階段 ：一個或多個周期，由HBURST信號決定需要幾個有效周期，可以由HREADY發(fā)出請求延長一個周期。

01

沒有等待狀態(tài)的single transfer

• 第一個周期的上升沿，主機(jī)將地址信息和控制信息發(fā)送到總線上；

• 第二個周期的上升沿，從機(jī)采樣地址和控制信號，并將HREADY拉高；如果是寫操作，主機(jī)會在第二個周期的上升沿過后傳輸要寫入的數(shù)據(jù)；如果是讀操作，從機(jī)會在HREADY信號拉高后將讀取的數(shù)據(jù)寫入總線；

• 第三個周期的上升沿，如果是寫操作，主機(jī)獲取HREADY高信號，表明從機(jī)已成功接收數(shù)據(jù)，操作成功；如果是讀操作，主機(jī)獲取HREADY高信號，表明此時的讀數(shù)據(jù)有效并且接收下來，操作成功。需要注意，HREADY信號在數(shù)據(jù)有效期間必須為高，并且延續(xù)到第三個周期的上升沿之后，確保主機(jī)的正確采樣。

  

02

slave插入等待狀態(tài)的single transfer

從機(jī)可以及時處理主機(jī)請求，但也可能存在從機(jī)太慢不能立即處理的情況。這時需要讓主機(jī)稍微等一等，需要從機(jī)插入一些等待的狀態(tài)。如下圖所示，HREADY信號在第二和第三周期拉低，意在告訴主機(jī)，從機(jī)不能立即處理，需要主機(jī)等待2個周期。在這里需要注意2點(diǎn)：

如果是寫操作，主機(jī)要在等待期間保持寫數(shù)據(jù)不變，直到本次傳輸完成；如果是讀操作，從機(jī)不需要一開始就給出數(shù)據(jù)，僅當(dāng)HREADY拉高后才給出有效數(shù)據(jù)。

03

多個single transfer的pipeline操作

擴(kuò)展數(shù)據(jù)周期的一個負(fù)效應(yīng)是必需延長相應(yīng)的下一筆傳輸?shù)牡刂分芷凇和C為零等待傳輸，B加入了一個等待周期，因此相應(yīng)的C地址周期要進(jìn)行擴(kuò)展。

• 第一個周期，主機(jī)發(fā)起一個操作A，并驅(qū)動地址和控制信號；
• 第二個周期，從機(jī)收到了來自總線的請求，將HREADY信號拉高；
• 第二個周期上升沿后，主機(jī)發(fā)現(xiàn)有操作B需要執(zhí)行，并且檢查到上一周期的HREADY為高，則發(fā)起第二個操作B；
• 第三個周期，主機(jī)獲取HREADY信號為高，表示操作A已經(jīng)完成；
• 第三個周期上升沿后，主機(jī)發(fā)現(xiàn)有操作C需要執(zhí)行，并且檢查到上一周期的HREADY為高，則發(fā)起第三個操作C；
• 第三個周期上升沿后，從機(jī)由于繁忙插入了一個等待狀態(tài)，將HREADY拉低；
• 第四個周期，主機(jī)獲取HREADY信號為低，知道從機(jī)希望等待，于是主機(jī)保持和上一拍一樣的信號；
• 第四個周期，從機(jī)處理完了事務(wù)，將HREADY信號拉高，表示可以繼續(xù)處理；
• 第五個周期，主機(jī)獲取HREADY信號為高，知道從機(jī)已經(jīng)可以處理B操作；
• 第五個周期上升沿后，B操作完成；
• 第六個周期上升沿后，C操作完成。

需要注意幾點(diǎn)：

HREADY在一定程度上表示了從機(jī)的pipeline能力，在AHB中是2個pipe，也就是總線上最多存在2個未處理完的transfer。只有當(dāng)總線上未完成的transfer少于2個時，主機(jī)才能發(fā)起操作。