soc总线技术

Wishbone总线主要特征如下：
◆ 所有应用适用于同一种总线体系结构; ◆ 是一种简单、紧凑的逻辑IP核硬件接口,只需很少的逻辑单元即可实现; ◆ 时序非常简单; ◆ 主/从结构的总线,支持多个总线主设备; ◆ 8~64位数据总线（可扩充）; ◆ 单周期读写; ◆ 支持所有常用的总线数据传输协议,如单字节读写周期、块传输周期、控制操作及其它的总线事务等; ◆ 支持多种IP核互连网络,如单向总线、双向总线、基于多路互用的互连网络、基于三态的互连网络等; ◆ 支持总线周期的正常结束、重试结束和错误结束; ◆ 使用用户自定义标记（TAG）,确定数据传输类型、中断向量等; ◆ 仲裁器机制由用户自定义; ◆ 独立于硬件技术(FPGA、ASIC、bipolar、MOS等)、IP核类型（软核、固核或硬核）、综合工具、布局和布线技术等。
1 AMBA总线
AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线规范是ARM公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准。它独立于处理器和制造工艺技 术,增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性。AMBA总线规范是一个开放标准,可免费从ARM获得。目前,AMBA 拥有众多第三方支持,被ARM公 司90%以上的合作伙伴采用,在基于ARM处理器内核的SoC设计中,已经成为广泛支持的现有互联标准之一。AMBA总线规范2.0于1999年发布,该规范引入 的先进高性能总线（AHB）是现阶段AMBA实现的主要形式。AHB的关键是对接口和互连均进行定义,目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带 宽。AHB接口已与互连功能分离,不再仅仅是一种总线,而是一种带有接口模块的互连体系。
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【转】 (介)3种SoC片上总线的简单分析 比较 AMBA总线 Wishbone总线 Avalon总线
2010-05-07 20:57 转载自 黑色_月亮 最终编辑 黑色_月亮
Wishbone总线规范是一种片上系统IP核互连体系结构。它定义了一种IP核之间公共的逻辑接口,减轻了系统组件集成的难度,提高了系统组件的可重用性、 可靠性和可移植性,加快了产品市场化的速度。Wishbone总线规范可用于软核、固核和硬核,对开发工具和目标硬件没有特殊要求,并且几乎兼容已有所有 的综合工具,可以用多种硬件描述语言来实现。
SoC的设计过程中,最具特色的是IP复用技术。即选择所需功能的IP（给出IP定义）核,集成到一个芯片中用。由于IP核的设计千差万别,IP核的连接就成为 构造SoC的关键。片上总线（On-Chip Bus,OCB）是实现SoC中IP核连接最常见的技术手段,它以总线方式实现IP核之间数据通信。与板上总线不同,片上 总线不用驱动底板上的信号和连接器,使用更简单,速度更快。一个片上总线规范一般需要定义各个模块之间初始化、仲裁、请求传输、响应、发送接收等 过程中驱动、时序、策略等关系。
AMBA总线是一个多总线系统。规范定义了三种可以组合使用的不同类型的总线：AHB（Advanced High-performance Bus）、ASB（Advanced System Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）。
典型的基于AMBA的SoC核心部分如图1所示。其中高性能系统总线（AHB或ASB）主要用以满足CPU和存储器之间的带宽要求。CPU、片内存储器和 DMA设备等高速设备连接在其上,而系统的大部分低速外部设备则连接在低带宽总线APB上。系统总线和外设总线之间用一个桥接器（AHB/ASB-APBBridge）进行连接。
由于片上总线与板上总线应用范围不同,存在着较大的差异,其主要特点如下：
① 片上总线要尽可能简单。首先结构要简单,这样可以占用较少的逻辑单元;其次时序要简单,以利于提高总线的速度;第三接口要简单,如此可减少与IP核连 接的复杂度。
② 片上总线有较大的灵活性。由于片上系统应用广泛,不同的应用对总线的要求各异,因此片上总线具有较大的灵活性。其一,多数片上总线的数据和地址 宽度都可变,如AMBA AHB支持32位~128位数据总线宽度;其二,部分片上总线的互连结构可变,如Wishbone总线支持点到点、数据流、共享总线和交叉开 关四种互连方式;其三,部分片上总线的仲裁机制灵活可变,如Wishbone总线的仲裁机制可以完全由用户定制。
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2010-8-31
(介)3种SoC片上总线的简单分析 比较 AMBA总线 Wishbone总线 A片外连接方式,可以连接到上面任何一种互连网络中。比如说,两个有Wishbone接口的不同芯片之间就可以用点到点方式进行连接。
Wishbone总线规范的目的是作为一种IP核之间的通用接口,因此它定义了一套标准的信号和总线周期,以连接不同的模块,而不是试图去规范IP核的功能和 接口。
Wishbone总线结构十分简单,它仅仅定义了一条高速总线。在一个复杂的系统中,可以采用两条Wishbone总线的多级总线结构：其一用于高性能系统部分, 其二用于低速外设部分,两者之间需要一个接口。这个接口虽然占用一些电路资源,但这比设计并连接两种不同的总线要简单多了。用户可以按需要自定义 Wishbone标准,如字节对齐方式和标志位（TAG）的含义等等,还可以加上一些其它的特性。Wishbone的一种互连结构如图2所示。
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2010-8-31
(介)3种SoC片上总线的简单分析 比较 AMBA总线 Wishbone总线 A于AMBA的微控制器
3 Avalon总线
Avalon总线是Altera公司设计的用于SOPC（System On Programmable Chip,可编程片上系统）中,连接片上处理器和其它IP模块的一种简单的总线协议, 规定了主部件和从部件之间进行连接的端口和通信的时序。
Avalon总线的主要设计目的如下：① 简单性,提供一种非常易于理解的协议;② 优化总线逻辑的资源使用率,将逻辑单元保存在PLD（Programmable Logic Device,可编程逻辑器件）中;③ 同步操作,将其它的逻辑单元很好地集成到同一PLD中,同时避免复杂的时序。 传统的总线结构中,一个中心仲裁器控制多个主设备和从设备之间的通信。这种结构会产生一个瓶颈,因为任何时候只有一个主设备能访问系统总线。 Avalon总线的开关构造使用一种称之为从设备仲裁（Slave-side arbitration）的技术,允许多个主设备控制器真正地同步操作。当有多个主设备访问同一个 从设备时,从设备仲裁器将决定哪个主设备获得访问权。图3是一个多主设备同时访问存储器的例子。在此系统中,高带宽外设,如100M以太网卡,可以不需 暂停CPU而直接访问存储器。通过允许存储访问独立于CPU。Avalon开关结构优化了数据流,从而提高了系统的吞吐量。
图2 交叉开关方式总线结构
灵活性是Wishbone总线的另一个优点。由于IP核种类多样,其间并没有一种统一的间接方式。为满足不同系统的需要,Wishbone总线提供了四种不同的IP 核互连方式：
◇ 点到点（point-to-point）,用于两IP核直接互连; ◇ 数据流（data flow）,用于多个串行IP核之间的数据并发传输; ◇ 共享总线（shared bus）,多个IP核共享一条总线; ◇ 交叉开关（crossbar switch）（图2）,同时连接多个主从部件,提高系统吞吐量。
③ 片上总线要尽可能降低功耗。因此,在实际应用时,总线上各种信号尽量保持不变,并且多采用单向信号线,降低了功耗,同时也简化了时序。上述三种片上 总线输入数据线和输出数据线都是分开的,且都没有信号复用现象。
片上总线有两种实现方案,一是选用国际上公开通用的总线结构;二是根据特定领域自主开发片上总线。本文就目前SoC上使用较多的三种片上总线标准— —ARM的AMBA、Silicore的Wishbone和Altera的Avalon进行讨论,对三者特性进行分析和比较。
AMBA的AHB适用于高性能和高时钟频率的系统模块。它作为高性能系统的骨干总线,主要用于连接高性能和高吞吐量设备之间的连接,如CPU、片上存储 器、DMA设备和DSP或其它协处理器等。其主要特性如下：
◇ 支持多个总线主设备控制器; ◇ 支持猝发、分裂、流水等数据传输方式; ◇ 单周期总线主设备控制权转换; ◇ 32~128位数据总线宽度; ◇ 具有访问保护机制,以区分特权模式和非特权模式访问,指令和数据读取等; ◇ 数据猝发传输最大为16段; ◇ 地址空间32位; ◇ 支持字节、半字和字传输。
AMBA总线规范主要设计目的如下：① 满足具有一个或多个CPU或DSP的嵌入式系统产品的快速开发要求;② 增加设计技术上的独立性,确保可重用的多 种IP核可以成功地移植到不同的系统中,适合全定制、标准单元和门阵列等技术;③ 促进系统模块化设计,以增加处理器的独立性;④ 减少对底层硅的需求,以 使片外的操作和测试通信更加有效。
嵌入式系统是当今计算机工业发展的一个热点。随着超大规模集成电路的迅速发展,半导体工业进入深亚微米时代,器件特征尺寸越来越小,芯片规模越来越 大,可以在单芯片上集成上百万到数亿只晶体管。如此密集的集成度使我们现在能够在一小块芯片上把以前由CPU和若干I/O接口等数块芯片实现的功能集 成起来,由单片集成电路构成功能强大的、完整的系统,这就是我们通常所说的片上系统SoC（System on Chip）。由于功能完整,SoC逐渐成为嵌入式系统 发展的主流。
AMBA的ASB适用于高性能的系统模块。在不必要适用AHB的高速特性的场合,可选择ASB作为系统总线。它同样支持处理器、片上存储器和片外处理器 接口与低功耗外部宏单元之间的连接。其主要特性与AHB类似,主要不同点是它读数据和写数据采用同一条双向数据总线。