AMBA基础知识6：AHB-Lite简介

Posted 2022-11-21 Times_poem

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AHB总线实现了简单的基于burst的传输，数据总线带宽可配置32-1024bit。可以实现简单的fixed pipeline在address/control phase和

             data phase之间。

典型的AHB的slave包括：internal memory device，external memory interfaces，high bandwidth peripheral。

AHB必须是对齐传输，word,addr[1:0]为0，half-word,addr[0]为0。包括wrap burst传输，也必须是对齐的。

 

AHB-Lite协议是整个AHB协议的子集，只支持一个总线主设备，不需要总线仲裁器及相应的总线请求/授权协议，

             不支持Retry和Split响应。

AHB-Lite的典型应用结构是一个AHB-Lite master，一些AHB-Lite slaves。slave由APB总线实现，HSEL信号由一个

             address decoder产生。从slave到master的rdata，response由一个slave-to-master multiplexor通过选址

             送给master。

 

AHB中的transfer由两部分组成，Address phase，Data phase。

slave可以通过信号HREADY来延长data phase，但是不能延长address phase。

在master比较繁忙时，可以通过busy transfer，表示burst还在继续，相当于多延时一个address cycle。

 

AHB信号大致可以分为五类：

            Global signals：HCLK，HRESETn；

            Master signals：HADDR，32bit的地址线。

                                   HBURST，3bitde burst长度和类型。支持长度为4/8/16的INCR/WRAP类型的burst。

                                                  未定义长度的INCR类型的burst。和Single burst两种新类型。

                                    HMASTLOCK，表示一个locked的transfer，主要用在一个存在多个master访问的slave原语操

                                                  作中。因为AHB并不存在乱序操作，所以单一master时，并没用。arm建议，lock transfer之后

                                                  加一个IDLE的transfer。

                                   HPROT，4bit包含data/opcode,supervisor/user之外，还包含bufferable,cacheable两位 

                                                AHB并没有对secure world的支持。

                                   HSIZE， 3bit表示transfer的带宽，必须小于AHB配置的BUS width。    

                                                AHB中的byte lanes由address offset来决定，对于32bit的bus，0x1在小端格

                                                  式就只选择最低的byte。 

                                   HTRANS，2bit，只有AHB的信号，表示前后两个transfer之间的关系。

                                                  IDLE，表示无数据传输，在lock transfer之后以idle结束。slave必须返回OKAY response。

                                                 BUSY，允许master在一个transfer中加入idle cycle。并不实现数据的传输，address和control

                                                            signals反映在下一个transfer。 

                                                 NONSEQUENTIAL，表示一个single transfer或者一个burst的第一个transfer。 

                                                            这个transfer的address和control signal和前一个transfer没关系。

                                                 SEQUENTIAL，表示INCR/WRAP类型的transfer。control signal和前一个transfer一样。

                                                            address根据前一个transfer计算得到。

                                                 AHB的每个transfer的控制是分开的，其中包含burst信息，而AXI的transfer是打包在一个burst中

                                                 的。AHB是基于transfer的，AXI是基于burst的。

                                   HWDATA，32bit。

                                  HWRITE，1--write；0--read。

             Slave signals：HRDATA，31bit数据，从slave送往Multiplexor。

                                  HREADYOUT，从slave送往Multiplexor表示每个slave自己的READY信号，最终变为HREADY。

                                  HRESP，从slave送往Multiplexor的response信号。

            Decode signal：HSEL，从decoder送往slave的HSEL信号，由高位地址线组合逻辑生成。

       Multiplexor signals：HRDATA，31bit，从Multiplexor送往master，读数据。

                                     HREADY，从Multiplexor送往master，transfer结束信号。

                                     HRESP，从Multiplexor送往master，response信号。

 

AHB中的transfer：主要依靠address，data之间的overlapping来实现pipeline。

                          所以当slave在data phase通过HREADY延长一个 transfer时，下一个transfer的address phase不能被即时

                                    采样，也会被延长。建议slave插入的wait state不超过16个clk。

                          AHB没有enable信号，所以不进行传输时，HTRANS信号有0，表示idle，无数据传输。

                         只有HTRANS为10,non_seq时，才会开始一个transfer。

                          AHB中的transfer是不能超过1KB的，不是AXI的4KB。

                          AHB中要实现一个SEQ的transfer也是NONSEQ起始，然后每次clock rising 采样，其后增加SEQ或BUSY类型

                                    的transfer，也是每个clock被采样。祥见相册。

                          （注意HTRANS[1:0]为BUSY时HRDATA[31:0]不会返回数据）

                          固定长度的burst，只能自然结束，最后一个seq transfer后，结束。

                          undefined INCR burst，通过non_seq和idle transfer来进行结束。

                          不允许通过busy tansfer，来结束burst。

 

                          burst中的wrap操作：

                          AHB的wrap中要求两种对齐：1)字对齐；2)wrap对齐；

                          Aligned_address = (INT(start_address/number_of_bytes) * number_of_bytes)

                          Wrap_Boundary = (INT(start_address/number_of_bytes*burst_length) *(number_of_bytes*burst_length))

                          Address_1 = start_address

                          Address_n = Aligned_address + (N-1) * number_of_bytes

 

                          wrap的边界地址等于burst_length*size的对齐地址，在16byte的对齐，只有低四位变化，每次增加4。

 

                          当slave在一个transfer中插入wait state时，下一transfer的可以类型改变，但是会有限制。

                                  1)前一transfer在IDLE类型，这一transfer可以是变为NONSEQ类型；

                                  2)前一transfer在BUSY类型且length固定，这一transfer可以变为SEQ类型；

                                  3)前一transfer在undefined burst length且在BUSY类型，这一transfer可以变为任意类型。

                              当slave在一个transfer中插入wait state时，在以下情况下可以改变address。

                                   1)当前是一个IDLE类型transfer，address可以改变。

                                   2)当slave返回一个error时，可以在HREADY为低时，改变地址。

 

AHB中一个transfer传输的结果：

1) Transfer pending------Hresp=0, Hready=0;

2) Transfer complete------Hresp=0, Hready=1;

3) error response first cycle-----Hresp=1, Hready=0;

4) error response second cycle----Hresp=1, Hready=1; 

 

AHB中的error返回，必须持续两个clock，提前一个cycle可以让master在发出下一个transfer之前，意识到这个transfer的error。

在slave需要更长时间返回resp时，也最多只能有两个cycle的error resp，通过ready进行extend。

 

一个seq的transfer一般不能超过1K，因为一般IP的地址空间都是以1K为单位的，如果一个transfer超过了IP边界，因为address的值是不变的，所以会导致

第二个IP传输的数据出错，这时应该用NONSEQ重新发起一个新的transfer。

 

尽管AHB中有wrap类型的传输，但是addr的计算还是master每一个cycle都计算一次的。