高級微控制器的總線架構

隨著半導體制造業的發展，在相同尺寸的芯片上安裝更多邏輯門的能力穩步提高。這使得能夠在同一芯片上包含越來越多的元件，導致了SoC或片上系統的誕生。

SoC通常被定義為包括構成計算機的所有必要元件的集成電路。這包括CPU，RAM，非易失性存儲器，UART以及系統所需的任何其他外設。由于在同一芯片上有大量不同的組件，因此有效地連接和管理這些子系統很快就成為一項挑戰。

高級微控制器總線架構（AMBA，AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture）是解決此問題的一種嘗試。

什么是AMBA？

高級微控制器總線架構（AMBA，AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture）是一個開放標準，它概述了如何連接和管理SoC中的不同組件或功能塊。AMBA規范由ARM開發，已成為SoC中接口組件的事實標準。雖然AMBA目前正處于第5版，并且隨著時間的推移已經有了很大的發展，但傳統的實現仍被廣泛使用并且新版和老版之間仍然具有相關性，所以建議牢記這一點，因此本文將使用版本2.0作為起點，并在以后的文章中構建這些想法。

為何選擇AMBA？

開發AMBA規范是為了解決SoC設計中的一些關鍵問題。其中之一是正確的首次開發，這意味著如果使用得當，AMBA可以從一開始就確保一致的設計，減少昂貴的重新設計。AMBA的另一個關鍵要求是技術獨立性或使設計可重復使用并且與系統組件的細節無關。通過模塊化系統設計，AMBA鼓勵開發組件庫，以便一次完成的工作不需要重復。AMBA的最后一個動機是最小化片上和片外通信所需的芯片量。

AMBA總線

在版本2.0中，描述了三種不同的總線，用于促進片上通信的實現。這些是高級高性能總線（AHB，AdvancedHigh-PerformanceBus），高級系統總線（ASB，AdvancedSystemBus）和高級外設總線（APB，AdvancedPeripheralBus）。AHB是系統的主干，專為高性能，高頻率組件而設計。這包括處理器，片上存儲器和存儲器接口等的連接。

ASB是AHB的替代方案，不需要某些高性能功能。APB是一種簡化的接口，專為不需要AHB或ASB的高性能的低帶寬外設而設計。其中包括UART，低頻GPIO和定時器等組件。

圖1

圖1.包含AHB/ASB和APB的AMBA總線（取自AMBARev.2.0）

先進的高性能總線（AHB）

在修訂版2.0中，AHB是AMBA的新成員。它被添加以適應高性能設計。添加的一些新特征是分離事務，單周期總線主控切換，單時鐘邊緣操作和更寬的數據總線配置，即64/128位。

AHB必須包含主設備和從設備之外的許多組件。這些組件是地址和控制多路復用器，讀多路復用器，寫多路復用器，解碼器和仲裁器。圖2顯示了連接到AHB上四個從站的三個主站。所示信號是地址信號（HADDR），寫數據總線（HWDATA）和讀數據總線（HRDATA）。該地址用于從連接選擇，寫數據總線用于將數據從主機移動到從機，讀數據總線用于在從機和主機之間移動數據。

圖2

圖2.帶有主設備，從設備，多路復用器，仲裁器和解碼器的AHB（AMBARev.2.0）

當主設備需要控制總線時，它必須首先向仲裁器發送請求。

仲裁器基于優先級方案授予訪問權限，該優先級方案確保首先給予具有較高優先級的主控器。該優先級方案不是由AMBA定義的，并且在設計之間會有所不同。許多控制信號用于定義數據傳輸的方向，寬度和類型。AHB解碼器從主設備接收地址信號并將其解碼為從設備選擇信號。從機通過HRESP信號響應主機，主機和從機之間的數據傳輸開始。

總共有大約20種不同的AHB信號，每種信號都有一個獨特的目的。圖3顯示了AHB信號和ASB信號以供參考。

高級系統總線（ASB）

ASB是AHB的簡化版本，可為16位和32位系統提供高性能。除了允許分離事務的某些控制信號之外，AHB上的許多相同信號用于ASB。

ASB的操作以請求從仲裁器訪問總線的主設備開始。仲裁者授予請求并開始轉移。解碼器解碼總線上的地址并選擇從站設備。從站設備響應主站設備并進行數據傳輸。