AHB總線協(xié)議
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1. 簡(jiǎn)介
本文引用地址：http://2s4d.com/article/201807/383796.htmAHB總線規(guī)范是AMBA總線規(guī)范的一部分，AMBA總線規(guī)范是ARM公司提出的總線規(guī)范，被大多數(shù)SoC設(shè)計(jì)采用，它規(guī)定了AHB (Advanced High-performance Bus)、ASB (Advanced System Bus)、APB (Advanced Peripheral Bus)。AHB用于高性能、高時(shí)鐘頻率的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的應(yīng)用如ARM核與系統(tǒng)內(nèi)部的高速RAM、NAND FLASH、DMA、Bridge的連接。APB用于連接外部設(shè)備，對(duì)性能要求不高，而考慮低功耗問(wèn)題。ASB是AHB的一種替代方案。
1.1 AHB總線的架構(gòu)
AHB總線的強(qiáng)大之處在于它可以將微控制器(CPU)、高帶寬的片上RAM、高帶寬的外部存儲(chǔ)器接口、DMA總線master、各種擁有AHB接口的控制器等等連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的完整的SOC系統(tǒng)，不僅如此，還可以通過(guò)AHB-APB橋來(lái)連接APB總線系統(tǒng)。AHB可以成為一個(gè)完整獨(dú)立的SOC芯片的骨架。
下圖是一個(gè)典型的AHB系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)示意圖
1.2 AHB基本特性
Burst傳輸
Split事務(wù)處理
單周期master移交
單一時(shí)鐘沿操作
無(wú)三態(tài)
更寬的數(shù)據(jù)總線配置(64/128)
流水線操作
可支持多個(gè)總線主設(shè)備(最多16個(gè))
2. AHB總線的組成
AHB總線由Master、Slave和Infrastructure構(gòu)成。Infrastructure由arbiter、數(shù)據(jù)多路、地址控制多路、譯碼器構(gòu)成。
主設(shè)備Master
發(fā)起一次讀/寫(xiě)操作
某一時(shí)刻只允許一個(gè)主設(shè)備使用總線
從設(shè)備Slave
響應(yīng)一次讀/寫(xiě)操作
通過(guò)地址映射來(lái)選擇使用哪一個(gè)從設(shè)備
仲裁器arbiter
允許某一個(gè)主設(shè)備控制總線
譯碼器decoder
通過(guò)地址譯碼決定選擇哪一個(gè)從設(shè)備
總線可以分為三組
寫(xiě)數(shù)據(jù)總線(HWDATA)
讀數(shù)據(jù)總線(HRDATA)
地址控制總線(HADDR)
3. 信號(hào)描述
| Name | Source | To | Description |
| HCLK | clock source | 各module | 總線時(shí)鐘，上升沿采樣 |
| HRESETn | reset controller | 各module | 總線復(fù)位，低電平有效 |
| HADDR[31:0] | Master | decoder mux to slave arbiter | 32位系統(tǒng)地址總線 |
| HTRANS[1:0] | Master | mux to slave | 當(dāng)前傳輸類(lèi)型NONSEQ, SEQ, IDLE, BUSY |
| HWRITE | Master | mux to slave | 1為寫(xiě)，0為讀 |
| HSIZE[2:0] | Master | mux to slave | 每一個(gè)transfer傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小，以字節(jié)為單位，最高支持1024位 |
| HBURST[2:0] | Master | mux to slave | burst類(lèi)型，支持4、8、16 burst，incrementing/wrapping |
| HPROT[3:0] | Master | mux to slave | 保護(hù)控制信號(hào)，需要slave帶保護(hù)功能，一般不用 |
| HWDATA[31:0] | Master | mux to slave | 寫(xiě)數(shù)據(jù)總線，Master到Slave |
| HRDATA[31:0] | Slave | mux to master | 讀數(shù)據(jù)總線，Slave到Master |
| HREADY | Slave | mux to master arbiter | 高：Slave指出傳輸結(jié)束 低：Slave需延長(zhǎng)傳輸周期 |
| HRESP[1:0] | Slave | mux to master arbiter | Slave發(fā)給Master的總線傳輸狀態(tài)OKAY, ERROR, RETRY, SPLIT |
| HSELx | Decoder | slave | slave選擇信號(hào) |
AHB仲裁信號(hào)
| Name | Source | To | Description |
| HBUSREQx | Master | arbiter | master給仲裁器的請(qǐng)求獲得總線使用權(quán)的請(qǐng)求信號(hào)，最多支持16個(gè)master |
| HLOCKx | Master | arbiter | 如果一個(gè)master希望自己在傳輸期間不希望丟掉總線，則需要向仲裁器發(fā)送這個(gè)鎖定信號(hào) |
| HGRANTx | arbiter | master | 授權(quán)信號(hào)，當(dāng)前bus master x的優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)HREADY和HGRANTx同時(shí)為高時(shí)，master獲取系統(tǒng)總線的權(quán)利 |
| HMASTER [3:0] | arbiter | 具有split功能的slave | 仲裁器為每一個(gè)master分配的ID，指出哪個(gè)主設(shè)備正在進(jìn)行傳輸，提供進(jìn)行split的信息 |
| HMASTLOCK | arbiter | 具有split功能的slave | 表示當(dāng)前的master正在執(zhí)行Locked操作。這個(gè)信號(hào)和HMASTER有這相同的時(shí)序 |
| HSPLITx[15:0] | slave | arbiter | 從設(shè)備用這個(gè)信號(hào)告訴仲裁器哪個(gè)主設(shè)備運(yùn)行重新嘗試一次split傳輸，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)主設(shè)備 |
4. 總線操作
有需要占用總線的Master向arbiter發(fā)出請(qǐng)求，arbiter授權(quán)給指定的master。任一時(shí)間周期只有一個(gè)master可以接入總線，對(duì)其指定的slave進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
獲得授權(quán)的總線開(kāi)始AHB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、帶寬和burst類(lèi)型。總線統(tǒng)一規(guī)劃slave的地址，譯碼器根據(jù)地址和控制信號(hào)確定哪個(gè)slave與master進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)數(shù)據(jù)總線完成。為避免出現(xiàn)三態(tài)總線，AHB將讀寫(xiě)總線分開(kāi)，寫(xiě)數(shù)據(jù)總線用于從master到slave的數(shù)據(jù)傳輸，讀數(shù)據(jù)總線用于從slave到master的數(shù)據(jù)傳輸。每筆傳輸包括一個(gè)地址和控制周期，一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)周期。地址和控制周期不能被擴(kuò)展，因此slave必須在一個(gè)周期內(nèi)采樣地址信號(hào)。數(shù)據(jù)周期可以通過(guò)HREADY信號(hào)擴(kuò)展，但HREADY為低時(shí)給傳輸加入一個(gè)等待狀態(tài)以使slave獲得額外的時(shí)間來(lái)提供或采樣數(shù)據(jù)，另外slave通過(guò)響應(yīng)信號(hào)HRESP反映傳輸狀態(tài)。
一般情況下master完成完整的burst傳輸，arbiter才會(huì)授權(quán)給其他的master接入總線，然而為避免過(guò)大的判決延遲，arbiter也可能打斷burst傳輸。在這種情況下master必須再次接入總線以進(jìn)行中斷的burst剩余部分的傳輸。
5. 基本傳輸
一筆傳輸由如下兩部分組成：
地址階段：一個(gè)周期
數(shù)據(jù)階段：一個(gè)或多個(gè)周期，由HBURST信號(hào)決定需要幾個(gè)有效周期，可以由HREADY發(fā)出請(qǐng)求延長(zhǎng)一個(gè)周期。
5.1 沒(méi)有等待狀態(tài)的single transfer
第一個(gè)周期的上升沿，master驅(qū)動(dòng)地址和控制信號(hào);
第二個(gè)周期的上升沿，slave采樣地址和控制信號(hào)，并將HREADY拉高;
如果是寫(xiě)操作，master會(huì)在第二個(gè)周期的上升沿傳輸要寫(xiě)入的數(shù)據(jù);
如果是讀操作，slave會(huì)在HREADY信號(hào)拉高后將讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入總線;
第三個(gè)周期的上升沿，
如果是寫(xiě)操作，master獲取HREADY高信號(hào)，表明slave已成功接收數(shù)據(jù)，操作成功;
如果是讀操作，master獲取HREADY高信號(hào)，表明此時(shí)的讀數(shù)據(jù)有效并且接收下來(lái)，操作成功。
需要注意，HREADY信號(hào)在數(shù)據(jù)有效期間必須為高，并且延續(xù)到第三個(gè)周期的上升沿之后，確保master的正確采樣。
5.2 slave插入等待狀態(tài)的single transfer
slave可以及時(shí)處理master請(qǐng)求，但也可能存在slave太慢不能立即處理的情況。這時(shí)需要讓master稍微等一等，需要slave插入一些等待的狀態(tài)。如下圖所示，HREADY信號(hào)在第二和第三周期拉低，意在告訴master，slave不能立即處理，需要master等待2個(gè)周期。在這里需要注意2點(diǎn)：
如果是寫(xiě)操作，master需要在等待期間保持寫(xiě)數(shù)據(jù)不變，直到本次傳輸完成;
如果是讀操作，slave不需要一開(kāi)始就給出數(shù)據(jù)，僅當(dāng)HREADY拉高后才給出有效數(shù)據(jù)。
5.3 多個(gè)single transfer的pipeline操作
評(píng)論