AMBA、AHB、APB总线概况

wangyong77114

AMBA概况

    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复用的设计方法，并在SOC设计中得到了广泛应用。在基于IP复用的SoC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企业推出的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。

       AMBA片上总线
       AMBA 2.0规范包括四个部分：AHB、ASB、APB和Test Methodology。AHB的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。 AMBA已不仅是一种总线，更是一种带有接口模块的互连体系。下面将简要先容比较重要的AHB和APB总线。

基于AMBA的片上系统
       一个典型的基于AMBA总线的系统框图如图３所示。

    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[url=]算法[/url]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企业推出的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。

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AHB概况
       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；支撑突发传输；支撑分段传输；支撑多个主控制器；可配置32位~128位总线宽度；支撑字节、半字节和字的传输。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(dummyMaster)所组成。其互连结构如图1所示。

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APB概况
       APB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支撑多个主模块，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上的传输可以用如图２所示的状态图来说明。

       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。 另： AMBA

高级微控制器总线架构　　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)。AHB用来研发宽带宽处理器芯核的片上总线。 the Advanced High-performance Bus(AHB）

　　应用于高性能、高时钟频率的系统模块，它构成了高性能的系统骨干总线（ back-bone bus ）。它主要支撑的特性是：

　　* 数据突发传输（ burst transfer ）

　　* 数据分割传输（ split transaction ）

　　* 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

　　* 单时钟沿操作

　　* 内部无三态实现

　　* 更宽的数据总线宽度（最低32位，最高可达1024位，但推荐不要超过256位）

　　ASB the Advanced System Bus

　　是第一代AMBA系统总线，同AHB相比，它数据宽度要小一些，它支撑的典型数据宽度为8位、16位、32位。它的主要特征如下：

　　* 流水线方式

　　* 数据突发传送

　　* 多总线主设备

　　* 内部有三态实现

　　the Advanced Peripheral Bus(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