AMBA总线介绍
AMBA_总线_介绍
SEP3203
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目录
AMBA总线概述 AHB APB 不同IP之间的互连
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系统总线简介
系统芯片中各个模块之间需要有接口来连接 总线作为子系统之间共享的通信链路 优点
低成本 方便易用
缺点
会造成性能瓶颈
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AMBA介绍
Advanced Microcontroller Bus Architecture
end case;
Default_Slave logic
case HTRANS is when IDLE|BUSY => HRESP <= OKAY; when others => HRESP <= ERROR;
end case;
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AHB信号
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基本AHB信号
HRESETn
低电平有效
HADDR[31:0]
▪ HADDR must be aligned to a multiple of data size as given by HSIZE
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BURST传输
AHB Burst 操作
4beat、8beat、16beat、单个字节传输、未定义长度 的传输 支持incrementing和wrapping两种burst传输
AMBA 3.0
AMBA Advanced eXtensible Interface (AXI)
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一个典型的AMBA系统
处理器和其它主设备/从设备都是可以替换的
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AHB
高速总线，高性能 流水线操作 可支持多个总线主设备（最多16个） 支持burst传输 总线带宽：8、16、32、64、128bits 上升沿触发操作 对于一个新设计建议使用AHB
AMBA、AHB、APB总线简介
AMBA、AHB、APB总线简介AMBA简介随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。
数字IC从基于时序驱动的设计方法，发展到基于IP复用的设计方法，并在SOC设计中得到了广泛应用。
在基于IP复用的SoC设计中，片上总线设计是最关键的问题。
为此，业界出现了很多片上总线标准。
其中，由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。
AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。
AMBA片上总线AMBA 2.0规范包括四个部分：AHB、ASB、APB和Test Methodology。
AHB的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。
AMBA已不仅是一种总线，更是一种带有接口模块的互连体系。
下面将简要介绍比较重要的AHB和APB总线。
基于AMBA的片上系统一个典型的基于AMBA总线的系统框图如图３所示。
大多数挂在总线上的模块(包括处理器)只是单一属性的功能模块：主模块或者从模块。
主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB／APB 桥等。
另外，还有一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块。
如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。
虽然仲裁规范是AMBA总线规范中的一部分，但具体使用的算法由RTL 设计工程师决定，其中两个最常用的算法是固定优先级算法和循环制算法。
AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构(具体参阅ARM公司推出的Multi-layer AHB规范)。
amba手册
amba手册
AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是一种高级微控制器总线架构，它定义了高性能嵌入式微控制器的通信标准。
以下是AMBA手册的主要内容：
一、AMBA概述
AMBA是一种总线架构，用于连接和通信各种IP核和外设。
它不是芯片与外设之间的接口，而是ARM内核与芯片上其他元件进行通信的接口。
AMBA包括多种总线类型，如AHB、ASB、APB和AXI等，这些总线类型提供了不同的性能和功能。
二、AMBA的应用
AMBA被广泛应用于各类芯片和集成电路中，包括微控制器、数字信号处理器(DSP)以及通信和消费电子等多种应用。
它为这些应用提供了优秀的性能表现。
三、AMBA的版本历史
AMBA协议手册介绍了AMBA版本的历史，从最初的AMBA 到现在的AMBA ，每一版都进行了改进和扩展，以适应不断发展的微控制器和集成电路技术。
四、AMBA的总线类型
AMBA手册详细介绍了各种总线类型，包括AHB、ASB、APB和AXI等。
每种总线类型都有其特点和适用范围，可以根据实际需求选择适合的总线类型。
五、AMBA的IP核和外设
AMBA手册还介绍了各种IP核和外设，这些是构成微控制器和集成电路的基本元件。
手册中详细描述了每个IP核和外设的特点和功能，以及如何使用它们来实现高性能的嵌入式系统。
总的来说，AMBA手册是一本非常全面的参考资料，它详细介绍了AMBA 的各个方面，包括概述、应用、版本历史、总线类型、IP核和外设等。
对于从事嵌入式系统设计和开发的人员来说，这是一本非常有价值的参考资料。
东南大学soc课件6 AMBA总线(6学时)共109页文档
HADDR[31:0]
32位系统地址总线
片上总线的标准
定义了三种总线
AHB (Advanced High-performance Bus) ASB (Advanced System Bus) APB (Advanced Peripheral Bus)
5
cnasic
AMBA发展历史
AMBA 1.0
ASB 和 APB
AMBA 2.0
AHB, ASB 和 APB
AHB组成部分
AHB 主设备（master）
初始化一次读/写操作 某一时刻只允许一个主设备使用总线
uP、DMA、DSP、LCDC …
AHB从设备（slave）
响应一次读/写操作 通过地址映射来选择使用哪一个从设备
外部存储器控制器EMI、APB bridge、UART、 …
AHB仲裁器（arbiter）
允许某一个主设备控制总线
在AMBA协议中没有定义仲裁算法
AHB译码器（decoder）
通过地址译码来决定选择哪一个从设备
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cnasic
APB组成部分
AHB2APB Bridge
可以锁存所有的地址、数据和控制信号 进行二级译码来产生APB从设备选择信号
APB总线上的所有其他模块都是APB从设 备
不是流水线方式 接口是零功耗
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cnasic
AMBA协议其他有关问题
与工艺无关 没有定义电气特性 仅在时钟周期级定义时序
提取时序参数依赖于所采用的工艺和工作频率
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cnasic
例：DMA
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cnasic
例：DMA
Step0：CPU检查 DMA的状态以确认是 否可用
AMBA总线报告
对AMBA片内总线通讯协议进行简要介绍之后,采用Top- Down设计方法完成了AMBA片内总线结构所有控制部件的RTL级硬件建模,并通过逻辑综合、优化得到了门级电路网表。
经验证,符合AMBA规范,频率达100MHz。
关键词：AMBA 片内总线AHB仲裁器中央译码器APB桥一、AMBA总线简介 (1)1.1AMBA总线概况 (1)1.1.1 高级高性能总线（AHB (1)1.1.2 高级系统总线（ASB (1)1.1.3 高级外设总线（APB） (1)1.2 AMBA规范的目的 (1)1.3 AMBA AHB介绍 (2)二、AMBA片内总线通讯协议描述 (2)2. 1AHB系统总线协议 (2)2. 2APB外围总线协议 (3)三、AMBA片内总线控制部件的设计 (3)3. 1AHB仲裁器 (4)3. 1. 1仲裁器优先级算法 (4)3. 1. 2AHB仲裁器状态机 (4)3. 1. 3AHB仲裁器状态机工作过程 (5)3. 2中央译码器 (5)3. 3多路选择器 (5)3. 4虚拟/缺省总线主设备( dummy /default busmaster) (6)3. 5外围总线桥 (6)四、心得体会 (6)五、参考文献 (7)一、AMBA总线简介1.1AMBA总线概况高级微控制器总线体系（AMBA）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。
根据AMBA标准定义了三种不同的总线：（1）. 高级高性能总线（AHB）；（2）. 高级系统总线(ASB)；（3）. 高级外设总线（APB）。
AMBA规范还包含一种测试方法以提供对宏单元进行测试和诊断访问的下部构造。
1.1.1 高级高性能总线（AHBAMBA AHB是用于高性能、高时钟频率的系统模块。
AHB担当高性能系统的中枢总线。
AHB支持处理器，片上存储器，片外存储器以及低功耗外设宏功能单元之间的有效连接。
AHB也通过使用综合和自动测试技术的有效设计流来确保减轻使用负担。
amba总线 latency 定义
AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线是ARM公司提出的一种开放式、高性能的总线标准，常用于嵌入式系统中。
在AMBA总线中，latency（延迟）通常指的是数据从一个设备传输到另一个设备所需的时间，具体定义如下：1. 传输延迟：AMBA总线上的传输延迟是指数据或信号从一个AMBA总线的主设备传输到从设备（或相反）所需的时间。
这包括了信号传输、寻址和响应等过程中所耗费的时间。
2. 处理延迟：除了传输延迟外，AMBA总线上的处理延迟还包括了数据在从设备内部进行处理（如缓存、寄存器等）所需的时间。
这个延迟通常取决于从设备的性能和处理能力。
AMBA总线是一种用于连接嵌入式系统不同功能模块（如处理器、内存、外设等）的开放式总线标准。
在AMBA总线中，latency（延迟）可以分为以下几个方面的定义和优化：1. 传输延迟：AMBA总线上的传输延迟包括了信号从一个设备传输到另一个设备所需的时间。
具体包括以下几个阶段：- 请求发起：当主设备发送请求时，信号需要经过总线来到达目标从设备。
这个过程涉及总线中的传输延迟，包括信号的传输速度和总线的带宽。
- 寻址：一旦请求到达目标从设备，目标设备需要解析请求并确定具体的寻址信息，以确定数据的来源或目标地址。
这个解析过程可能需要一定的时间。
- 响应返回：从设备接收到请求后，需要进行相应的操作，并将结果或响应发送回主设备。
这个过程也会产生一定的延迟。
降低传输延迟的方法包括提高总线的工作频率、增加总线的带宽、优化总线协议和信号传输机制等。
例如，采用更高速的总线规范（如AMBA AXI），使用更快的总线时钟频率，以及采用高性能的总线接口和物理层技术（如串行化）等。
2. 处理延迟：除了传输延迟外，AMBA总线上的处理延迟还包括了数据在从设备内部进行处理所需的时间。
这个延迟取决于从设备的性能和处理能力，例如从设备内部的存储器读写延迟、计算或操作的执行时间等。
AMBA总结
AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)，即高级微控制器总线体系。
目前，AMBA总线标准一共有四套版本，各个版本的协议都沿用至今。
1)第一套AMBA 1.0总线。
2)第二套AMBA 2.0总线。
3)第三套AMBA 3.0 AXI总线。
4)第四套AMBA4.0总线。
➢AMBA1.0只包含ASB总线和APB总线，这时候的总线协议都是三态总线，但是三态总线要设计者花很多的精力去注意时钟。
➢AMBA2.0总线新增了AHB总线，并且采用了分享型的互连结构，增加了新的特性。
➢为了顺应快速发展的SoC技术，ARM公司推出了具有更强灵活性的AMBA3.0 AXI总线。
➢2010年ARM公司发布了SoC片上总线标准的新版本AMBA4.0总线，由AXI4、AXI4-Lite、AXI4-Stream三种标准构成。
AMBA4.0规范是多家企业共同为行业而设定的，包括业界领先的OEM厂商、半导体及EDA供应商等。
AMBA4.0规范的特殊设计将使嵌入式系统达到过去只有台式电脑、笔记本电脑和网络设备才能达到的水准。
1AMBA 2.0版本标准2.0版AMBA标准定义了三种不同的总线：●AHB(Advanced High-performance Bus)高级高性能总线；●ASB(Advanced System Bus)高级系统总线；●APB(Advanced Peripheral Bus)高级外设总线。
典型的基于AMBA总线的系统框图如图：大多数挂在总线上的模块(包括处理器)只是单一属性的功能模块：主模块或者从模块。
主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB／APB 桥等。
另外，还有一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块。
如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。
AMBA总线介绍
AMBA总线介绍AMBA 2.0规范包括四个部分：AHB、ASB、APB和Test Methodology。
AHB的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。
AMBA已不仅是一种总线，更是一种带有接口模块的互连体系。
AHBAHB=Advanced High Performance Bus，译作高级高性能总线。
如同USB（Universal Serial Bus）一样，也是一种总线接口。
特性：突发连续传输分步传输单周期内主控制器处理单时钟边沿操作非三态操作支持64位，128位总线AHB主要用于高性能模块(如CPU、高速RAM、Nand Flash DMA和DSP等)之间的连接，如图一所示。
作为SoC的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作；非三态的实现方式；支持突发传输；支持分段传输；支持多个主控制器；可配置32位~128位总线宽度；支持字节、半字和字的传输。
AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。
基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。
其互连结构如图二所示AHB主控制器：主控制器可以通过地址和控制信息，可以进行初始化，读，写操作。
在同一时间，总线上只能有一个主控制器。
AHB从设备：从设备通常是指在其地址空间内，响应主控制器发出的读写控制操作的被动设备。
通过操作的成功与否反馈给其主控制器，完成数据的传输控制。
AHB仲裁器：仲裁器根据用户的配置，确保在总线上同一时间只有一个主控制器拥有总线控制权限。
AHB总线上只能有一个仲裁器。
AHB译码器：译码器解析在总线上传输的地址和控制信息。
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AMBA 总线介绍
先进的微控制器总线体系结构AMBA 规范定义了三种总线：
(1)AHB(Advanced High-performance Bus)：用于连接高性能系统模块。
它支持突发数据传输方式及单个数据传输方式，所有时序参考同一个时钟沿;
(2)ASB(Advanced System Bus)：用于连接高性能系统模块，它支持突发数据传输模式;
(3)APB(Advance Peripheral Bus)：是一个简单接口支持低性能的外围接口。
一个典型的基于AMBA 的微控制器同时集成AHB(或ASB )和APB 接口，如根据AMBA 的规范，连接AHB/ASP 和APB 的APB 桥的唯一功能是提供更简单的接口。
任何由低性能外围设备产生的延迟会由连接高性能
(AHB/ASP)总线的桥反映出来。
桥本身仿佛是一个简单APB 总线的主设备，它
访问与之相连的从设备，并且通过高性能总线上控制信号的子集控制它们。
下
面给出AHB、ASP 和APB 的主要特征。
AHB
AHB 是先进的系统总线。
它主要的目的就是连接高性能、高吞吐率的设备，例如CPU、DMA 和DSP。
它的主要特性：
●高性能新一代总线;
●多控制器;
●分段传输;
●单周期总线控制权移交;
●没有三态实现方式;
●32～128 位总线宽;。