AMBA協(xié)議之AHB介紹

00 AMBA概述

AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)高級(jí)微控制器總線架構(gòu)定義了在設(shè)計(jì)高性能嵌入式微控制器的一種片上通信標(biāo)準(zhǔn)。主要包含以下四種：

AHB (Advanced High-performance Bus) 高級(jí)高性能總線，用于高性能、高時(shí)鐘頻率的系統(tǒng)模塊

ASB (Advanced System Bus) 高級(jí)系統(tǒng)總線，用于高性能的系統(tǒng)模塊[現(xiàn)在使用較少]

APB (Advanced Peripheral Bus) 高級(jí)外圍總線，用于低功耗外設(shè)，可連接任一版本系統(tǒng)總線

AXI (Advanced eXtensible Interface) 高級(jí)可拓展接口，高速度、高帶寬，管道化互聯(lián)，單向通道，只需要首地址，讀寫并行，支持亂序，支持非對(duì)齊操作，有效支持初始延遲較高的外設(shè)，連線非常多。

***01 ***基本組成

典型的AHB系統(tǒng)主要包含以下四部分：

AHB Master ：總線主機(jī)能夠通過(guò)提供地址和控制信號(hào)進(jìn)行讀寫操作，任何時(shí)候只允許一個(gè)主機(jī)處于有效狀態(tài)并使用總線。[發(fā)起端]

AHB Slave :總線從機(jī)在給定的地址空間響應(yīng)讀寫操作，并將操作響應(yīng)返回給有效的主機(jī)。[響應(yīng)端]

AHB Arbiter :總線仲裁器確保每次只有一個(gè)總線主機(jī)被允許發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。

AHB Decoder : AHB譯碼器對(duì)每次傳輸?shù)牡刂纷g碼并在傳輸中包含一個(gè)從機(jī)選擇信號(hào)。

操作流程：

①M(fèi)ater向Arbtier發(fā)送總線占用請(qǐng)求；

②獲得授權(quán)的Master進(jìn)行總線傳輸

首先發(fā)出地址和控制信號(hào)：提供地址信息、傳輸方向等;

其次，譯碼器根據(jù)地址和控制信號(hào)選擇Slave,確定數(shù)據(jù)傳輸路徑;

最后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

02 ** 基本傳輸**

AHB傳輸分為兩部分：地址周期和數(shù)據(jù)周期；先地址周期，再數(shù)據(jù)周期；地址周期單周期，數(shù)據(jù)周期可多周期。

1.簡(jiǎn)單傳輸（無(wú)等待）

在第一個(gè)時(shí)鐘上升沿傳輸控制和地址信號(hào)，在第二個(gè)時(shí)鐘上升沿傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)HREADY信號(hào)為高表明數(shù)據(jù)傳輸完成。

2.等待狀態(tài)的傳輸

首先是地址周期，在時(shí)鐘上升沿時(shí)傳輸?shù)刂沸盘?hào)和控制信號(hào)；

其次是數(shù)據(jù)周期，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿開(kāi)始，如果HREADY信號(hào)為高則表明數(shù)據(jù)傳輸完成，HREADY信號(hào)為低則繼續(xù)傳輸。

注意：對(duì)于寫操作而言，數(shù)據(jù)在整個(gè)擴(kuò)展周期要保持穩(wěn)定；讀操作則無(wú)必要。

3.多重傳輸

多重傳輸采用流水線pipeline技術(shù)。

如圖，第一個(gè)周期傳輸A地址；第二個(gè)周期傳輸A數(shù)據(jù)和B地址，同時(shí)READY為高表明A傳輸完成；第三個(gè)周期傳輸B數(shù)據(jù)和C地址，由于READY信號(hào)為低，數(shù)據(jù)傳輸未完成，需要等待；第四個(gè)周期保持地址和控制信號(hào)，同時(shí)READY信號(hào)為高表明B傳輸完成；由于沒(méi)有其他操作，第五個(gè)周期僅進(jìn)行C數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)READY信號(hào)為高表明數(shù)據(jù)傳輸完成。

03 ** 傳輸類型HTRANS**

傳輸類型分四種：

空閑IDLE [00]：沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸要求

忙BUSY [01]：表明總線正被占用，下次傳輸不能立即發(fā)生

非連續(xù)NONSEQ [10]:表明一個(gè)單一傳輸或一次突發(fā)傳輸?shù)牡谝粋€(gè)傳輸

連續(xù)SEQ [11]:突發(fā)中的剩下傳輸且地址與前一次傳輸有關(guān)

第一個(gè)傳輸是一次突發(fā)傳輸?shù)拈_(kāi)始，為NONSEQ類型；

由于主機(jī)不能立刻執(zhí)行第二次傳輸，因此未BUSY類型來(lái)延時(shí)下一次傳輸開(kāi)始；

04 ** 突發(fā)類型HBURST**

突發(fā)類型分八種：

SINGLE單一傳輸、INCR未指定長(zhǎng)度的增量突發(fā)、

INCR4、INCR8、INCR16 分別是4拍、8拍和16拍的增量突發(fā)

WRAP4、WRAP8、WRAP16 分別是4拍、8拍和16拍的回環(huán)突發(fā)

注意：突發(fā)禁止超過(guò)1KB的地址邊界

1KB邊界限制在AHB中表示burst傳輸不能跨越1KB邊界的約束。該限制旨在防止burst傳輸從一個(gè)slave交叉到另一個(gè)slave。在實(shí)踐中，這意味著如果master必須要進(jìn)行跨1KB邊界的burst傳輸則必須切分成兩次傳輸

1. WRAP4

起始地址為0x38, HSIZE=WORD[4byte], 突發(fā)類型是4拍回環(huán)突發(fā)，回環(huán)邊界地址=回環(huán)拍數(shù)*SIZE=4*4byte=16byte = 0x10。

由于起始地址不是16的整倍數(shù)，因此會(huì)產(chǎn)生折回，0x3C的下一個(gè)地址按增量為0x40，是16的整數(shù)倍，因此需要減去16，即為0x30。

2.INCR4

起始地址為0x38, HSIZE=WORD[4byte],突發(fā)類型為4拍增量突發(fā)。

地址順序?yàn)?x38 0x3C 0x40 0x44[4次]

3.WRAP8

起始地址0x34, SIZE=WORD=4byte, 突發(fā)類型為WRAP8，

回環(huán)邊界地址=回環(huán)拍數(shù)*SIZE=8*4=32byte=0x20，當(dāng)遇到回環(huán)邊界地址的整數(shù)倍時(shí)減去回環(huán)邊界地址。

地址順序0x34、0x38、0x3C、0x20、0x24、0x28、0x2C、0x30。

4.INCR

對(duì)于T1-T3周期，突發(fā)類型為INCR, SIZE=halfword=2byte，因此地址依次為0x20、0x22;

對(duì)于T3-T8周期，突發(fā)類型為INCR, SIZE=WORD=4Byte, 起始地址為0x5C，因此地址依次為0x5C、0x60、0x64。

05 ** 控制信號(hào)**

傳輸方向HWRITE

HWRITE=H表明寫操作，傳輸方向?yàn)镸asteràSlave;

HWRITE=L表明讀操作，傳輸方向?yàn)镾laveàMaster；

傳輸大小HSIZE[2:0]

8bit(byte) 、16bit(halfword)、32bit(word)、64bit(2word)、128bit(4word)、256bit(8word)、512bit、1024bit

06 地址譯碼

主機(jī)發(fā)送地址信息給地址和控制多路選擇器，選擇器將地址信息發(fā)送給所有從機(jī)，同時(shí)將地址信息發(fā)送給譯碼器，譯碼器根據(jù)地址信息將相應(yīng)設(shè)備的HSEL信號(hào)置高。

如果地址不存在則從機(jī)提供ERROR響應(yīng)。

07 ** 從機(jī)傳輸響應(yīng)**

傳輸完成HREADY

HREADY=1表明傳輸完成；

HREADY=0表明傳輸將被擴(kuò)展，繼續(xù)傳輸。

傳輸響應(yīng)HRESP

00 OKAY 傳輸成功完成

01 ERROR 傳輸發(fā)生錯(cuò)誤

10 RETRY 重試

11 SPLIT 傳輸未完成

僅有OKAY信號(hào)是單周期給出，其他響應(yīng)信號(hào)至少兩個(gè)周期。

08 ** 接口框圖**

主機(jī)接口框圖

從機(jī)接口框圖

仲裁器接口框圖

譯碼器接口框圖