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一、AMBA概述

AMBA高级处理器总线架构，不同的速率需求构成了为高性能SoC设计的通信标准：

• AHB(advanced high-performance bus)高级高性能总线
• APB(advanced peripheral bus)高级外围总线
• AXI(advanced eXtension interface)高级可拓展接口

AHB

AHB主要是针对高效率、高频宽以及快速系统模块所设计的总线，它可以连接如微处理器、芯片上或者芯片外的内存模块和DMA等高效率模块。

APB

APB主要用在低速且低功率的外围，可针对外围设备作功率消耗以及复杂接口的最佳化。APB在AHB和低带宽的外围设备之间提供了通信的桥梁，所以APB是AHB的二级拓展总线。

AXI

AXI高速度、高带宽，管道化互联，单向通道，只需要首地址，读写并行，支持乱序，支持非对齐操作，有效支持初始延迟较高的外设，连线非常多。

二、AHB接口

AHB的组成

• Master：能够发起读写操作，提供地址和控制信号，同一时间只有1个Master会被激活。
• Slave：在给定的地址范围内对读写操作作响应，并对Master返回成功、失败或者等待状态。
• Arbiter：负责保证总线上一次只有1个Master在工作。仲裁协议是规定的，但是仲裁算法可以根据应用决定。
• Decoder：负责对地址进行解码，并提供片选信号到各Slave。每个AHB都需要1个仲裁器和1个中央解码器。

AHB多总/从设备结构

Master的addr和data都由Arbiter来作仲裁，送至Slave。而Decoder是控制Slave送回数据到哪一个Master。

AHB基本信号

• HADDR：32位系统地址总线。
• HTRANS：M指示传输状态，NONSEQ、SEQ、IDLE、BUSY。
• HWRITE：传输方向1-写，0-读。
• HSIZE：传输单位。
• HBURST：传输的burst类型，SINGLE、INCR、WRAP4、INCR4。
• HWDATA：写数据总线，从M写到S。
• HREADY：S应答M是否读写操作传输完成，1-传输完成，0-需延长传输周期。
• HRESP：S应答当前传输状态，OKAY、ERROR、RETRY、SPLIT。
• HRDATA：读数据总线，从S读到M。

AHB基本传输

• 两个阶段。
• 地址周期(AP)，只有一个周期。
• 数据周期(DP)，由HREADY信号决定需要几个周期。
• 流水线传送。
• 先是地址周期，然后是数据周期。

等待传输状态：

HREADY信号拉高才能读写数据

AHB transfer传输：

将上图的Control信号展开为HTRANS信号和HBURST信号。HBURST设置为INCR，即地址连续增长。NONSEQ指的是连续发送数据中的第一个数据，而SEQ指的是传输过程里面的数据。BUSY指的是虽然准备发送数据，而且是在发送数据过程里面，但是还没有准备好当前的这个数据，所以要等待下一拍才发送数据，因此就出现了两次0x24这个地址。

AHB burst传输：

HBURST信号设置为INCR4，表示连续发送4个数据。

三、APB接口

• 主要应用在低带宽的外设上，如UART、I2C，它的架构不像AHB总线是多主设备的架构。
• APB总线的唯一主设备是APB桥(与AXI或APB相连)，因此不需要仲裁一些request/grant信号。
• APB的协议也十分简单，甚至不是流水的操作，固定两个时钟周期完成一次读或写的操作。
• 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时序协议的状态机

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。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的下一个上升沿到来时，系统进入ENABLE状态。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。

写操作

• 写操作发生时，伴随着地址线、写数据线、写信号线以及选择线一同变化。
• 写操作的第一个周期称之为SETUP周期。
• 写一个周期，PENABLE信号线置起，这表示ENABLE周期。
• 在ENABLE周期，地址线、数据线和控制线都应该保持有效。
• 在ENABLE周期结束后，本次写操作结束。
• PENABLE在写操作周期结束后，会同PSEL一同拉低，除非又需要立即跟随下一次传输。
• 为了省电，地址信号和写信号在一次传输过后不会改变，直到下一次传输发生。

读操作

• 地址线，写信号线、选择线将同写操作时一样保持不变。
• 从端需要在ENABLE周期内，返回PRDATA。
• PRDATA将在ENABLE周期的下一个周期被采样。

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