什么是AMBA?

什么是AMBA? ARM官方給出的應用定義如下：

ARM AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)協(xié)議是一種公開標準，主要用于片上系統(tǒng)(SoC)中功能模塊連接和管理的互聯(lián)規(guī)范。它有助于一次性正確開發(fā)具有大量控制器和外設的多處理器設計。AMBA通過定義SoC模塊的通用接口標準來促進設計的重用性。

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AMBA的歷史脈絡

AMBA的故事可以追溯到1995年，當時ARM的規(guī)模要小得多，在歐盟的資助，ARM內(nèi)部做了高級微控制器總線結(jié)構(gòu)的研發(fā)。在1996年，ARM將內(nèi)部研究的高級微控制器總線體系結(jié)構(gòu)(不是ARM總線體系結(jié)構(gòu))公開作為一個開放體系，從而促進了具有大量控制器和外設的多處理器設計的發(fā)展。

自從ARM架構(gòu)開放之后，AMBA的應用已經(jīng)遠遠超出了微控制器的領域。今天AMBA已經(jīng)被廣泛的應用在ASIC和SoC設計中，而這些設計通常是應用在移動設備，如智能手機等領域。

第一代總線是1997年發(fā)布的AMAB標準。主要包括兩種總線協(xié)議，Advanced System Bus (ASB) 和 Advanced Peripheral Bus (APB). 此時的定位是ASB作為高性能總線，滿足高性能處理器的需求，支持pipeline與多master操作。APB作為低速總線，屬于二級總線滿足外設與微處理器的通信需求。

第二代總線是1999年發(fā)布的AMBA2標準。ARM增加了AMBA High-performance Bus (AHB)協(xié)議。AMBA2被廣泛應用在ARM7,ARM9的設計中，并且現(xiàn)在還一直應用在Cortex-M系列的設計中。在AMBA2中，AHB是ASB的一個升級，同樣作為高性能總線除了支持pipeline與多master，還支持burst傳輸和split事務處理。逐漸用AHB替代了ASB總線，ASB總線被淘汰，AHB和APB這對組合得到了廣泛的應用。

第三代總線是2003年發(fā)布的AMBA3標準。在第三代總線中，除了增加AHB-Lite精簡協(xié)議，升級了APB總線外，為了滿足更高的互聯(lián)性能需求，增加了Advanced eXtensible Interface (AXI)，這是一個重要的標志，至此開啟了高性能系統(tǒng)設計的通道，在AXI總線的加持下，系統(tǒng)性能得到了質(zhì)的提升。在AMBA3中，同時增加了Advanced Trace Bus (ATB)總線作為片上調(diào)試的總線接口，為debug和trance提供一種解決方案。

第四代總線是2010年發(fā)布的AMBA4標準。AMBA4中對APB做了進一步的升級成為APB4協(xié)議，另外AMBA4中主要增加了AXI4,AXI4-lite,AXI Stream協(xié)議，算是針對AMBA3的升級，總線的性能得到了進一步的提升，同時針對微處理器的需求進一步優(yōu)化了相關協(xié)議。在2011年又增加了ACE(AXI Coherency Extensions)，ACE-Lite一致性總線，是在AXI的基礎上為了滿足多處理器簇的一致性需求而制訂的系統(tǒng)總線。ACE可以讓不同的處理器簇共享系統(tǒng)內(nèi)存，比如ARM的big.LITTLE處理器。它被廣泛應用在ARM的Cortex-A9和ARM Cortex-A15處理器中。

第五代總線是從2013年開始，一直持續(xù)到現(xiàn)在。最重要的是增加了CHI (Coherent Hub Interface) 協(xié)議標準，CHI是一種重新定義與設計的告訴傳輸層總線，可以有效的較少通路阻塞。它的架構(gòu)針對多設備大流量接入時如何保持高性能做了可伸縮的設計。通過構(gòu)建更有效的一致性協(xié)議傳輸保證了復雜系統(tǒng)傳輸?shù)男阅?。另外AMBA5也陸續(xù)升級了其他的協(xié)議版本，如AXI5,ACE5,AHB5,APB5,ATP,DTI 以滿足系統(tǒng)的最新需求。

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不同AMBA協(xié)議介紹

AMBA CHI ：定義了支持處理器全一致性接口協(xié)議。例如在Cortex-A76和Cortex-A65，動態(tài)memory控制器例如CoreLink DMC-620，以及高性能無阻塞互聯(lián)矩陣如CoreLink CMN600。它適合廣泛應用在需要一致性應用的系統(tǒng)中，包括移動設備，互聯(lián)網(wǎng)設備，汽車電子以及數(shù)據(jù)中心等。CHI規(guī)范對協(xié)議層與傳輸層做了分離，以滿足針對PPA的不同設計需求。這種拆分可以允許設計者選擇實現(xiàn)小的高效cross-bar結(jié)構(gòu)，或者實現(xiàn)一個高性能大規(guī)模的mesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

AMBA AXI and ACE：定義了高性能，高帶寬的互聯(lián)設計協(xié)議。被廣泛應用在電信設備，消費電子，互聯(lián)網(wǎng)，汽車電子以及嵌入式中。

AMBA AHB：定義了高性能總線接口協(xié)議，AHB協(xié)議被廣泛應用在Cortex-M系列的處理器中，如一些嵌入式設備或者低延時的SoC外設中。

AMBA APB：是一種低功耗，低帶寬配置總線，主要應用在在一些低帶寬數(shù)據(jù)傳輸以及一些寄存器的配置中。

AMBA AXI-Stream：定義了一種單向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，大大減少信號路由時間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸。

AMBA CXS：定義了一個可信的，非阻塞流接口協(xié)議，用于實現(xiàn)點對點的包傳輸。針對片上互聯(lián)和PCIe控制器之間的CCIX和CXL包傳輸協(xié)議進行了優(yōu)化。CXS針對寬接口進行了優(yōu)化，使得數(shù)據(jù)包可以高速率的傳輸?shù)酵獠拷涌冢⑶铱梢詫⒍鄠€報文合并為一次傳輸。

AMBA ATP(Adaptive Traffic Profiles)：自適應流量配置，是一個綜合流量控制架構(gòu)，可以方便的實現(xiàn)模型系統(tǒng)master，slave在高層次級別簡單、有效的訪問內(nèi)存。這種流量控制架構(gòu)可以被方便的應用在多種工具以及設計驗證環(huán)境中，以滿足設計與驗證復雜SoC系統(tǒng)的需求。實現(xiàn)一種簡單高效、方便調(diào)節(jié)的系統(tǒng)仿真機制。

AMBA DTI(Distributed Translation Interface)：AMBA分布式傳輸接口，主要是應用在系統(tǒng)MMU (SMMU) 架構(gòu)中，定義了一種可伸縮的分布式消息傳輸協(xié)議。主要實現(xiàn)SMMU中TCU與TBU，以及TCU與PCIe ATS的通信。