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AHB概述

AHB(Advanced High-performance Bus)，高性能總線的意思。該總線協議是ARM公司提出的AMBA總線結構之一，主要用于高性能、高時鐘頻率的系統結構，典型的應用如ARM核與系統內部的高速RAM、NAND FLASH、DMA、Bridge的連接。它支持以下特性：

• Burst傳輸
• Split事務處理
• 單周期master移交
• 單一時鐘沿操作
• 無三態
• 更寬的數據總線配置（64/128）
• 流水線操作
• 可支持多個總線主設備（最多16個）

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AHB協議簡介

AHB2 支持多個Bus Master，例如有三個Master，有四個slave，但是同時只有一個Mater可以拿到Bus的訪問權。所以，總線的使用權就需要Master去申請，也就需要一個仲裁器（Arbiter）。同時也支持突發傳輸，分段傳輸，字節、半字節和字的傳輸，也可配置總線位寬。

AHB 系統由主模塊、從模塊和基礎結構(Infrastructure)3部分組成，整個AHB總線上的傳輸都由主模塊發出，由從模塊負責回應?；A結構則由仲裁器(arbiter)、主模塊到從模塊的Mux、從模塊到主模塊的Mux、譯碼器(decoder)、虛擬從模塊(dummy Slave)、虛擬主模塊(dummy Master)所組成。其互連結構如下圖所示。

AHB2協議要求Slave 的地址空間至少是以1KB為單位，這個要求在AHB-lite也存在。

AHB-lite是AMBA 3，在AHB2的基礎上互連邏輯和slave設計上做了簡化，為單Bus Master設計的（低端MCU的SoC系統使用的Bus master個數相對比較少）。

當然AHB3系統也是有辦法實現支持多個Master的，多個Mater連接到一個MUX輸入，slave連接該MUX輸出，相當于一個簡單的仲裁器。MUX 也可以只連接其中一個Master，這樣其他Master就無法訪問MUX連接的Slave，相當于該Slave就是連接到MUX上 的Master私有Slave，如下圖：

AHB5是AMBA 5，在2015年發布，在AHB-lite的基礎上增加功能，支持secure/non-sucure，配合v8系列架構的處理器，引入trustzone機制。

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AHB信號描述

下表給出了AHB的基本信號：

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AHB傳輸

AHB傳輸分為以下幾個部分：

• 主機獲取總線使用權：主機向判決器發送總線請求信號，判決器發送應答后主機可以開始傳輸
• 數據傳輸：主機向從機傳輸數據，分為以下兩個部分：
  • 發送地址和控制信號：包括地址，位寬，突發類型（增量突發和回卷突發）等控制信號，僅一個時鐘周期
  • 數據傳輸：進行數據交換，一個或多個時鐘周期
• 從機應答：從機通過HRESP和HREADY標記完成狀態，對于HRESP，有以下狀態：
  • OKAY：標記傳輸完成，當HRESP為該狀態且HREADY拉高時，傳輸完成
  • ERROR：標記傳輸出錯
  • RETRY和SPLIT：標記傳輸未完成，主設備仍需要占用總線

關于突發傳輸，理論上進行突發傳輸的主設備應當一直占據總線，但是為了縮短等待時間，AHB允許打斷突發傳輸，并在一段時間后重啟該突發傳輸。AHB的基本傳輸過程由兩個部分組成：

• 地址/控制傳輸：傳輸地址信息和控制信息，僅占一個時鐘周期
• 數據傳輸：可能需要多個時鐘周期，由信號HREADY決定（拉高才結束數據傳輸）

1. 無等待傳輸

無等待傳輸下，一個傳輸與三個時鐘沿有關：

• 第一個時鐘沿：第一個時鐘沿后，主機將地址信息和控制信息發送到總線上

• 第二個時鐘沿：第二個時鐘沿上，從機采樣主機的地址信息和控制信息。第二個時鐘沿后，從機將響應信號和數據發送到總線上

• 第三個時鐘沿：主機采樣從機響應信號和數據，傳輸完成

  2. 有等待傳輸

有等待傳輸下，數據傳輸階段可以擴展，即在HREADY拉高之前，數據傳輸階段不結束。要求寫數據在HREADY拉高前保持穩定，主機在HREADY拉高后采樣讀數據

3. 流水線傳輸

AHB總線支持流水線傳輸，即將傳輸分為地址-數據兩個部分流水進行，本次傳輸的地址必然在上一次地址之后，本次傳輸的數據必定緊跟在本次傳輸地址之后。因此，當上一次的數據傳輸阻塞導致傳輸周期增加時，下一傳輸的地址周期也會相應的變長：

• A1和C1為第一次傳輸的地址和控制信號
• WD1和RD1是第一次傳輸的數據，該傳輸為單時鐘即無阻塞的傳輸，同時發送的還有下一次傳輸的地址和控制信號：A2和C2
• 第二次傳輸為多周期傳輸，因此WD2和RD2占據多個時鐘周期，對應的，同時發送的第三次傳輸地址和控制信A3和C3也被延遲相同的時鐘周期數
• WD3和RD3為第三次傳輸的數據

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傳輸類型

傳輸類型使用端口HTRANS標記，有以下取值：

• IDLE（00）：標志主機占有AHB總線，但是沒有數據傳輸發生。從機需要使用OKAY狀態回應該類型
• BUSY（01）：標志主機占有AHB總線并在進行突發傳輸，但下一個傳輸不能立刻發生。從機需要使用OKAY狀態回應
• NONSEQ（10）：標志主機當前發送的地址和控制信號與上一次傳輸無關（單次傳輸就是該狀態）
• SEQ（11）：標記主機處于突發傳輸的中間部分，即當前發送的地址和控制信號與上一次地址和控制信號有關

例子如下圖所示：

• 第一次傳輸，開啟一次突發傳輸，因此該地址與上一次傳輸無關，使用類型NONSEQ
• 第二次傳輸，無法立刻進行傳輸，因此使用BUSY標記延遲一個周期，延遲后可以進行傳輸，且處于突發傳輸中，因此地址與上一次地址有關，使用SEQ標記
• 之后均為突發傳輸，均使用SEQ類型

1. 突發類型

突發傳輸分為兩類：

• 增量突發：傳輸過程中傳輸地址遞增。下一次傳輸的地址是上一次地址加上一個增量
• 回卷突發：猝發的地址范圍被限制在一個固定范圍之內，傳輸地址遞增，若是超出則回到地址范圍的開始的地址。例如從0x34進行增量為4，范圍為16的回卷突發，地址順序為0x34、0x38、0x3c，0x30

突發類型使用字段HBURST標記，含義如下表所示：

注意一次突發傳輸不能跨越1kB的地址區間，且傳輸的起始地址必須與數據類型對應，例如傳輸字數據的二進制起始地址必須滿足后兩位為00。

2. 突發終止

從機通過監控HTRANS發現突發傳輸的終止：

• 若下一個HTRANS標記為BUSY或SEQ：突發傳輸未終止
• 若下一個HTRANS標記為NONSEQ或IDLE：上一次突發傳輸已經終止

若突發傳輸是提前終止的，如總線控制權被剝奪，那么主機需要在可以進行傳輸時重建突發傳輸。例如一個4拍傳輸僅發送了一拍就終止，主機需要使用INCR類型的突發構建3拍傳輸以重建。

3. 數據總線

當傳輸位寬不同時，數據總線的使用情況如下所示（小端傳輸）：