第2章 AMBA协议规范
AMBA总线协议2.0总结
3.2
AHB总线互连结构................................................................................................................................. 17
3.3
AHB操作概述.......................................................................................................................................... 18
3.1
什么是AHB总线？................................................................................................................................. 14
3.1.1 一个典型的基于AHB总线的微控制器架构.............................................................................. 15
3.4.3 多重传送(multiple transfer) ........................................................................................................... 20
3.5
控制信号：传送状态HTRANS[1:0] .................................................................................................... 22
基于AMBA总线协议的APB Bridge设计
ｐａｎ ｏｆ ＡＰＢ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＡＨＢ ａｎｄ ＡＰＢ
ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐａｎ ｔｏ ｃｏｎｎｅｃｔ ＡＨＢ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ
ｏｎ
ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ．
ａｓ
Ｔｈｉｓ ｄｉｓｓｅｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｂａｓｅｄ
ｔｈｅ ＧＳ３２Ｓ ＣＰＵ ｏｆ Ｇｏｄｓｏｎ．１
ｔｈｅ ＡＨＢ ｍａｓｔｅｒ．Ａ
公司提出的一个ＳｏＣ体系机构的丌放标准，用以集成ＲＩＳＣ处理器和外设ＩＰ核。 它独立于处理器和工艺技术，具有高速、低功耗等特点。同样，它也通过定义这 样一个针对ＳｏＣ模块的通用总线，加强了设计的重用性，即采用ＩＰ核复用技术 简化芯片的设计。
ＡＨＢ．ｔｏ．ＡＰＢ桥模块是ＡＨＢ高速总线上的从模块，也是√蝴ＢＡ系统中，ＣＰＵ
成都理工入学硕士学位论文
１．２各种ＳｏＣ片上总线的历史和现状
二十世纪末，在微电子及其应用领域发生了一场前所未有的变革，这场变革
是由片上系统（ＳｏＣ）技术应用和发展引起的。从技术层面看，ＳｏＣ技术是超大 规模集成电路发展的必然趋势和主流，它以超深亚微米ＶＤＳＭ（Ｖｅｒｙ
Ｄｅｅｐ
Ｓｕｂｍｊｃｒｏｎ）工艺和知识产权ＩＰ核复用技术为支撑。 ＳｏＣ是二十世纪九十年代出现的概念。随着时间的不断推移和ＳｏＣ技术的
设核处理器，就可以提高从公共设计平台创建产品的定制化能力。因此，实现 ＯＣＢ的标准化是十分必要的。 近年来，许多公司相继制定了一些ＯＣＢ标准，其中影响较大的有
ＣｏｒｅＣｏｎｎｅｃｔ总线、ＡＭＢＡ（ＡｄｖａＩｌｃｅｄ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
Ｂｕｓ
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）总线、
ＯＣＰ（０ｐｅｎ Ｃｏｆｅ Ｐｒｏｔｏｃ０１）总线和Ｗｉｓｈｂｏｎｅ总线。其中，ＡＭＢＡ总线是ＡＲＭ
第2章_AMBA协议规范.
Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC 设计指南
主 讲：何宾 Email：hebin@
AMBA协议规范
AMBA协议是ARM公司制定的用于SOC内IP互联的规范 主要内容
AMBA规范概述、AMBA APB规范、AMBA AHB规范和 AMBA AXI4规范。本章除了详细介A协议规范 ---AMBA V4.0
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
高级可扩展接口4流（Advanced eXtensible Interface 4
Stream ,AXI4-Stream v1.0)。
高级跟踪总线（Advanced Trace Bus ,ATB v1.1)。
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus ,APB v2.0)。
10
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
最新一代的AMBA4接口的目标
适合于高带宽和低延迟设计。 在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作。 满足普遍情况下的元件接口要求。 适用于高初始访问延迟的存储器控制器。 为互联结构的实现提供了灵活性。 与已有的AHB和APB接口向下兼容。
12
AMBA APB协议规范
--AMBA APB写传输
APB写传输包括两种类型：
无等待状态写传输 有等待状态写传输
13
AMBA APB写传输
--无等待写传输
一个基本的无等待状态的写传输
地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
14
AMBA APB写传输
--无等待写传输
T1：写传输开始于地址PADDR，写数据PWDATA，写信号
AMBA
高级微控制器总线架构简介ARM研发的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)提供一种特殊的机制，可将RISC处理器集成在其它IP芯核和外设中，2.0版AMBA标准定义了三组总线：AHB(AMBA高性能总线)、ASB(AMBA系统总线)、和APB(AMBA外设总线)。
AHB（the Advanced High-performance Bus）应用于高性能、高时钟频率的系统模块，它构成了高性能的系统骨干总线（back-bone bus ）。
它主要支持的特性是：* 数据突发传输（burst transfer ）* 数据分割传输（split transaction ）* 流水线方式* 一个周期内完成总线主设备（master ）对总线控制权的交接* 单时钟沿操作* 内部无三态实现* 更宽的数据总线宽度（最低32位，最高可达1024位，但推荐不要超过256位）ASB（the Advanced System Bus）是第一代AMBA系统总线，同AHB相比，它数据宽度要小一些，它支持的典型数据宽度为8位、16位、32位。
它的主要特征如下：* 流水线方式* 数据突发传送* 多总线主设备* 内部有三态实现APB（the Advanced Peripheral Bus）是本地二级总线（local secondary bus ），通过桥和AHB/ASB相连。
它主要是为了满足不需要高性能流水线接口或不需要高带宽接口的设备的互连。
APB的总线信号经改进后全和时钟上升沿相关，这种改进的主要优点如下：* 更易达到高频率的操作* 性能和时钟的占空比无关* STA 单时钟沿简化了* 无需对自动插入测试链作特别考虑* 更易与基于周期的仿真器集成APB 只有一个APB桥，它将来自AHB/ASB的信号转换为合适的形式以满足挂在APB 上的设备的要求。
桥要负责锁存地址、数据以及控制信号，同时要进行二次译码以选择相应的APB设备AMBA开放规范AMBA规范AMBA 协议是用于连接和管理片上系统(SoC) 中功能模块的开放标准和片上互连规范。
AMBA_3_APB协议规范
AMBA_3_APB协议规范AMBA（高级微处理器总线）是一种用于系统级互连的开放标准协议，它由ARM公司开发，被广泛应用于嵌入式系统中。
AMBA_3_APB（高级微处理器总线第3代-高性能总线）是AMBA协议的一部分，它定义了一种高性能、低功耗的片内总线协议，用于连接处理器和外设。
1.信号：AMBA_3_APB协议规范定义了一系列信号，包括时钟信号、复位信号、总线控制信号、数据传输信号等。
时钟信号主要包括时钟线以及时钟使能信号，用于控制数据传输的时序。
复位信号用于重置外设以及总线控制器的状态。
总线控制信号用于控制总线的访问权限以及传输模式等。
数据传输信号用于在总线上传输数据。
2.传输：AMBA_3_APB协议规范定义了四种传输类型，分别是单个传输、设置传输、清除传输以及数据传输。
单个传输用于传输单个数据项，例如读取外设的寄存器值。
设置传输用于设置外设的寄存器值，例如写入配置信息。
清除传输用于清除外设的寄存器值，例如重置外设。
数据传输用于传输大量数据，例如读取或写入外设的缓冲区。
3.协议：AMBA_3_APB协议规范定义了一套协议，包括方法、地址空间、读写传输、保持传输、错误传输以及确认传输。
方法用于指示执行的操作类型，包括读、写等。
地址空间用于指定外设的寄存器地址。
读写传输用于实现读取或写入寄存器的操作。
保持传输用于在外设的寄存器繁忙时保持总线传输。
错误传输用于指示总线传输过程中的错误信息。
确认传输用于确认总线传输的完成。
4.时序：AMBA_3_APB协议规范定义了一套时序要求，包括时钟周期、数据有效性以及总线传输的顺序。
时钟周期用于控制数据传输的时序，包括时钟上升沿和下降沿的作用周期。
数据有效性用于指示数据在总线上的有效时间段，以及数据的采样时间。
总线传输的顺序用于指示多个传输之间的先后顺序，以及传输的优先级。
总结起来，AMBA_3_APB协议规范是一种用于连接处理器和外设的高性能、低功耗的片内总线协议。
AMBA_3_APB协议规范
AMBA 3 APB 协议规范关于该规范该规范使用于AMBA 3 APB 协议，引用自AMBA 3 (不适用AMBA 2 或更早版本)使用范围该规范用来帮助硬件或软件工程师设计使用APB协议的系统或模块使用该规范该规范按照以下章节进行组织:Chapter 1 简介Chapter 2 传输Chapter 3 操作状态Chapter 4 信号描述目录第一章简介 (2)1.1 关于AMBA 3 APB (2)1.2 AMBA 3 APB 协议规范v1.0修改 (2)第二章传输 (3)2.1 写传输 (3)2.1.1 无等待状态 (3)2.1.2 有等待状态 (3)2.2 读传输 (4)2.2.1 无等待状态 (4)2.2.2 有等待状态 (4)2.3 错误响应 (5)2.3.1 写传输 (5)2.3.2 写传输 (6)2.3.3 PSLVERR映射 (6)第三章操作状态 (7)3.1 操作状态 (7)第四章信号描述 (8)4.1 AMBA 3 APB 信号 (8)1.1 关于AMBA 3 APBAPB属于AMBA 3 协议系列，它提供了一个低功耗的接口，并降低了接口的复杂性。
APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外围设备上。
APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这样就可以简化APB 外围设备的设计流程，每个传输至少耗用两个周期。
APB可以与AMBA高级高性能总线(AHB-Lite) 和AMBA 高级可扩展接口(AXI)连接。
1.2 AMBA 3 APB 协议规范v1.0修改该版本包括：• 一个准备好信号PREADY, 来扩展APB传输• 一个错误信号PSLVERR, 来指示传输失败2.1 写传输写传输包括两种类型：• 无等待状态• 有等待状态2.1.1 无等待状态图2-1 显示了一个基本的无等待状态的写传输。
图2-1 无等待的写传输地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
AMBAAPB协议规范
AMBA 3 APB 协议规范关于该规范该规范使用于AMBA 3 APB 协议，引用自AMBA 3 (不适用AMBA 2 或更早版本)使用范围该规范用来帮助硬件或软件工程师设计使用APB协议的系统或模块使用该规范该规范按照以下章节进行组织:Chapter 1 简介Chapter 2 传输Chapter 3 操作状态Chapter 4 信号描述目录第一章简介 (2)1.1 关于AMBA 3 APB (2)1.2 AMBA 3 APB 协议规范v1.0修改 (2)第二章传输 (3)2.1 写传输 (3)2.1.1 无等待状态 (3)2.1.2 有等待状态 (3)2.2 读传输 (4)2.2.1 无等待状态 (4)2.2.2 有等待状态 (4)2.3 错误响应 (5)2.3.1 写传输 (5)2.3.2 写传输 (6)2.3.3 PSLVERR映射 (6)第三章操作状态 (7)3.1 操作状态 (7)第四章信号描述 (8)4.1 AMBA 3 APB 信号 (8)1.1 关于AMBA 3 APBAPB属于AMBA 3 协议系列，它提供了一个低功耗的接口，并降低了接口的复杂性。
APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外围设备上。
APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这样就可以简化APB 外围设备的设计流程，每个传输至少耗用两个周期。
APB可以与AMBA高级高性能总线(AHB-Lite) 和AMBA 高级可扩展接口(AXI)连接。
1.2 AMBA 3 APB 协议规范v1.0修改该版本包括：• 一个准备好信号PREADY, 来扩展APB传输• 一个错误信号PSLVERR, 来指示传输失败2.1 写传输写传输包括两种类型：• 无等待状态• 有等待状态2.1.1 无等待状态图2-1 显示了一个基本的无等待状态的写传输。
图2-1 无等待的写传输地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
学习汇报AMBA总线协议书范本
降低硅的下部构造要求以支持用在操作和生产测试时有 效的片上和片外通信
AMBA是为了推出 on-chip bus 的规范，一开始 AMBA1.0只有ASB和APB，为了节省面积， bus协 议都是 tristate 的bus；到 2.0的AHB，为了方便设 计者（tristate bus 需要花更多精力注意 timing）， 改用Mux结构，并增加了新特性。
Implement some level of protection
Master
Write data bus
Name HSELx
HRDATA[31:0]
HREADY HRESP[1:0] HBUSREQx HLOCKx HGRANTx
HMASTER[3:0]
HMASTLOCK
HSPLITx[15:0]
1.3 基于AMBA的典型微控制器
基于AMBA的微控制器，包含一个高性能系统中 枢总线（AHB或ASB）和外设总线 APB。
System bus 负责连接ARM之类的embedded processor，DMA controller ，on-chip memory 和其 他interface，或其他需要 high bandwidth 的元件。
阶段学习汇报 ——AMBA总线协议
XBA AHB
3. AMBA APB
1. AMBA 总线简介
1.1 AMBA总线概述
?高级微控制器总线体系（Advanced Microcontroller Bus Architecture）规范定义了在设计高性能嵌入式微控制器 时的一种片上通信标准
Peripheral bus 则用来连接系统的周边元件，该协 议相对AHB要简单很多。与 AHB之间通过桥接器 （Bridge ）相连。
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--AMBA APB规范
APB属于AMBA 3协议系列，它提供了一个低功耗的接口，
并降低了接口的复杂性。 APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外围设备上。 APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这 样就可以简化APB 外围设备的设计流程，每个传输至少消耗 两个周期。 APB可以与AMBA高级高性能总线和AMBA 高级可扩展接口 连接。
PRDATA PSLVERR
从接口
从接口 从接口
准备好。从设备使用该信号来扩展APB传输。
读取的数据。当PWRITE位低，在读周期，所选择的从设 备驱动这个总线。这个总线最多个32位宽度。 这个信号表示传输失败。APB外设不要求PSLVERR引脚。 对已经存在和新APB外设设计。当外设不包含这个引脚时， 33 到APB桥的合适的数据拉低。
功能介绍
AMBA协议是一个开放标准的，片上互联规范，用于SoC内功 能模块的连接和管理。它便于第一时间开发带有大量控制器和外
4
设的多处理器设计。
AMBA协议规范
--AMBA V1.0
高级系统总线（Advanced System Bus,ASB） 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB）
LOGO Xilinx大学计划课程
Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC 设计指南
主 讲：何宾 Email：hebin@
AMBA协议规范
AMBA协议是ARM公司制定的用于SOC内IP互联的规范 主要内容
AMBA规范概述、AMBA APB规范、AMBA AHB规范和 AMBA AXI4规范。本章除了详细介绍APB和AHB规范外，还详细
AMBA APB写传输
--无等待写传输
地址PADDR，写数据PWDATA和控制信号保持有限，直到 在T3完成传输，结束访问周期。
在传输结束后，使能信号PENABLE变成无效。选择信号
PSEL也变成无效，除非相同的外设立即开始下一个传输。
16
AMBA APB写传输
--有等待写传输
17
AMBA APB写传输
PREADY来扩展传输。
当PENABLE为低的时候，PREADY可以为任何值。
确保外围器件有固定的两个周期来使PREADY为高。
注意：推荐地址和写信号在传输结束后不要立即更改，保持当
前状态直到下一个传输，这样可以降低功耗。
19
AMBA APB协议规范
---AMBA APB读传输
读传输包括以下两种类型
PWRITE和选择信号PSEL，在PSCLK的上升沿寄存。这称为 写传输的建立周期。 T2：使能信号PENABLE和准备信号PREADY，在PSCLK的 上升沿寄存。
当确认时，PENABLE表示传输访问周期的开始。 当确认时，PREADY表示在PCLK的下一个上升沿从设备可以完成 传输。
15
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
AXI一致性扩展（AXI Coherency Extensions,ACE)。 AXI一致性扩展简化（AXI Coherency Extensions Lite ,ACELite)。 高级可扩展接口4（Advanced eXtensible Interface 4 ,AXI4)。 高级可扩展接口4简化（Advanced eXtensible Interface 4 Lite , AXI4-Lite)。
PWDATA
PSTRB
APB 桥
APB桥
写数据。当PWRITE为高时，在写周期内，外设总线桥单 元驱动写数据总线。
写选通，这个信号表示在写传输时，更新哪个字节通道。 每8个比特位有一个写选通信号。因此，PSTRB[n]对应于 PWDATA[(8n+7):(8n)]。在读传输时，写选通不是活动的。
PREADY
CoreSight片上调试和跟踪解决方案）
7
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
AXI4协议
2009年，Xilinx 同 ARM 密切合作，共同为基于 FPGA 的高
性能系统和设计定义了 AXI4 规范。并且在其新一代可编程门阵
列芯片上采用了高级可扩展接口。
8
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
如果PREADY 为低，保持ACCESS状态。
总线返回IDLE状态，否则进入SETUP状态
31
如果PREADY 为高，则退出ACCESS状态，如果此时没有其它传输请求，
---AMBA3 APB信号及描述
信号 PCLK PRESETn PADDR PPROT 来源 时钟源 系统总线 APB桥 APB桥 描述 时钟 复位。APB复位信号低有效。该信号一般直接与系 统总线复位信号相连。 地址总线。最大可达32位，由外设总线桥单元驱动。 保护类型。这个信号表示交易普通的、剥夺的或者 安全保护级别，以及这个交易是数据访问或者指令 访问。 选择信号。APB桥单元产生到每个外设从设备的信 号。该信号表示从设备被选中，要求一个数据传输。 每个从设备都有一个PSELx信号。
嵌入式微控制器。它被ARM公司和众多的厂商所支持。
3
AMBA协议规范
--AMBA规范导论
应用领域
AMBA用于片上系统（System-on- a-chip, SoC）的片上总线。
自从AMBA出现后，其应用领域早已超出了微控制器设备，现在 被广泛的应用于各种范围的ASIC和SOC器件，包括用于便携设备 的应用处理器。
---AMBA AHB规范 AHB是新一代的AMBA总线，目的用于解决高性 能可同步的设计要求。AHB是一个新级别的总线，高 于APB，用于实现高性能、高时钟频率系统的特征要 求.
AMBA协议规范
34
---AMBA AHB规范
这些要求包括：
猝发传输.
AMBA协议规范
分裂交易.
单周期总线主设备交接.
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus,APB)
6
AMBA协议规范 ---AMBA v3.0
在2003年，ARM推出了第三个版本，AMBA3
高级可扩展接口（Advanced eXtensible Interface,AXI3或AXI
v1.0)（用于更高性能的互连）
高级高性能总线简化（Advanced High-performance Bus Lite,AHB-Lite v1.0)。 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB v1.0)。 高级跟踪总线（Advanced Trace Bus，ATB v1.0)（用于
SETUP
当传输被请求时，总线进入SETUP状态，选择信号PSELx,被
置位。总线仅在SETUP 状态停留一个时钟周期，并在下一个时
钟周期进入ACCESS状态
30
AMBA APB协议规范
---操作状态
ACCESS
使能信号PENABLE, 在ACCESS状态中置位。在传输从 SETUP状态到ACCESS状态转变的过程中address, write, select和 write data信号必须保持不变。从ACCESS状态退出，由从器件的 PREADY信号控制：
无等待状态读传输 有等待状态读传输
20
AMBA APB读传输
--无等待读传输
在读传输结束以前，从设备必须提供数据。
21
AMBA APB读传输
--有等待读传输
在有等待读传输中，使用PREADY信号来添加两个周期。也可 以添加多个周期。在传输过程中也可以添加多个周期。如果在访 问周期内拉低PREADY信号，则扩展读传输。
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus ,APB v2.0)。
10
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
最新一代的AMBA4接口的目标
适合于高带宽和低延迟设计。 在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作。 满足普遍情况下的元件接口要求。 适用于高初始访问延迟的存储器控制器。 为互联结构的实现提供了灵活性。 与已有的AHB和APB接口向下兼容。
和PREADY都是高时，PSLVERR才认为是有效的。
24
AMBA APB协议规范
--AMBA APB错误响应
接收到一个错误的交易，可能改变外设的状态（这是由
外设指定的）。
当一个写交易接收到一个错误时，并不意味着外设内的寄存器
没有更新。 读交易接收到一个错误时，能返回无效的数据。
对于一个读错误，并不要求外设将数据总线驱动为0。
12
AMBA APB协议规范
--AMBA APB写传输
APB写传输包括两种类型：
无等待状态写传输 有等待状态写传输
13
AMBA APB写传输
--无等待写传输
一个基本的无等待状态的写传输
地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
14
AMBA APB写传输
--无等待写传输
T1：写传输开始于地址PADDR，写数据PWDATA，写信号
22
AMBA APB读传输
--有等待读传输
协议保证在额外的扩展周期时，下面的信号保持不变
地址：PADDR。 写信号：PWRITE。 选择信号：PSEL。
使能信号：PENABLE。
保护类型：PPROT。
23
AMBA APB协议规范
---AMBA PSLVERR
APB错误响应
可以用来指示APB传输错误条件。在读和写交易中，可以发 生错误条件。 在一个APB传输中，在最后一个周期内，PSEL、PENABLE
25
AMBA APB错误响应
--写传输失败的例子