AHB總線協(xié)議

1. 簡(jiǎn)介

AHB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AHB-APB橋來連接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/寫操作

通過地址映射來選擇使用哪一個(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

AHB仲裁信號(hào)

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)行讀寫操作。

獲得授權(quán)的總線開始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類型?？偩€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)傳輸通過數(shù)據(jù)總線完成。為避免出現(xiàn)三態(tài)總線，AHB將讀寫總線分開，寫數(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)間來提供或采樣數(shù)據(jù)，另外slave通過響應(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)求延長一個(gè)周期。

5.1 沒有等待狀態(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;

如果是寫操作，master會(huì)在第二個(gè)周期的上升沿傳輸要寫入的數(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)寫入總線;

第三個(gè)周期的上升沿，

如果是寫操作，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，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)：

如果是寫操作，master需要在等待期間保持寫數(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

關(guān)鍵詞： 微控制器 控制