总线协议 -- AMBA总线

Posted 2021-03-01 lyc-seu

[TOC]

AMBA总线（二）

AHB总线

总线传输

• 不是三态总线，读数据总线和写数据总线分开

• Endian序

  • 在AMBA定义中没有定义
  • 主设备和从设备应该采用同样的印第安序
  • 不支持动态印第安序

• 对于IP设计， 只有应用面比较广泛的应用程序才支持两种印第安序。

Endian序： 大印第安（大端序）序就是在存储数据时，高位放在低地址是大印第安序， 高位放高地址是小印第安序（小端序） 小端序：

大端序：

AHB仲裁信号

• HBUSREQ

  • 总线请求

• HLOCKx

  • 高电平：主设备请求锁定总线

• HGRANTx

  • 指出主设备x可访问总线
  • 主设备x控制总线：HGRANTx=1且HREADY=1

• HMASTER[3:0]

  • 指出哪个主设备正在进行传输，提供进行split的信息

• HMASTLOCK

  • 指出主设备正在进行一次锁定传输

• HSPLITx[15:0]

  • 从设备用这个信号告诉仲裁器哪个主设备允许重新尝试一次split传输。
  • 每一位对应一个主设备

仲裁 - 没有等待状态的grant（授权）

仲裁 - 有等待状态的grant

HGRANT和HREADY都为高时授权总线控制地址。

仲裁 - Burst传输之后移交总线

M1进行完一次burst传输后将授权移交给M2

总线主设备的Grant信号

• 对于固定长度的burst传输，不必持续请求总线

• 对于未定义长度的burst传输，主设备应该持续送request（HBUSREQ）信号，直到开始最后一次传输。

• 如果没有主设备请求总线，则给缺省主设备grant信号，且HTRANS=IDLE

• 建议主设备在锁定总线传输结束之后插入IDLE传输，以重置仲裁优先级。

Split传输过程

1. 由主设备开始传输

2. 如果从设备需要多个周期才能获取数据，则从设备给出一个SPLIT传输响应，从设备记录主设备号：HMASTER

3. 接着仲裁器改变主设备的优先级

4. 仲裁器grant其他的主设备，总线主设备移交。

5. 当从设备准备结束本次传输，将设置给仲裁器的HSPLITx信号的相应位

6. 仲裁器恢复优先级

7. 仲裁器grant主设备，这样主设备可以重新开始传输

8. 结束

防止死锁（deadlock）

• 当多个不同的主设备试图访问同一个从设备，这个从设备发出了SPLIT或RETRY信号，这是很可能发生deadlock

• 从设备最多可以接收系统中16个主设备的请求。只需要记录主设备号（忽略地址和控制信号）

• 给出RETRY响应的从设备在某一时刻只能由一个主设备访问,可以使用一些硬件保护机制，比如ERROR

AHB接口

主设备接口

从设备接口

仲裁器

地址译码器

AHB连接示例

+ Master 0 can access private RAM, APM and external interface + Master 1 can access DMA slave, APB and external interface + Parallel access improves system bandwidth

AHB-Lite

• AHB 的简化版

  • 只有单Master
  • 不需要 HBUSREQ & HGRANT （没有其他主机，所以无需request和授权）

• 简单的从机

  • 没有 retry or split 响应
  • Standard AHB modules can be used
  • Allows easier module design/debug

AHB总结

• 主要组成部分
  • Master、slaves、arbiter、decoder
• 传输的过程
  • 流水线机制
  • Address phase和data phase
• 如何提高性能
  • Burst read/write
• 仲裁机制
  • 总线控制器的移交
• Slave短时间内无法响应
  • HREADY信号拉低
• Slave长时间内无法响应
  • 插入RETRY
  • Master不能进行传输
  • 插入BUSY

建议：

• Arbiter的优先级可以配置
• Slave长时间不能响应的话，一般不支持SPLIT响应，使用RETRY响应
• 总线上如果只有一个master的话，可以使用AHB lite协议，不用arbiter
• 设计一个新的IP时，要仔细核对AMBA的Feature和IP所支持的Feature是否匹配。

APB

APB所处的位置：

APB信号

• PADDR[31:0]
  • 地址总线，由设备总线的bridge单元驱动
• PSELx
  • 从译码器来的信号，到每一个总线从设备x
• PENABLE
  • 用于在设备总线上把所有访问按时间阶段进行
• PWRITE
  • 高电平：写
  • 低电平：读
• PRDATA和PWDATA
  • 最多32位宽

地址解码的分级

AHB中的包含了APB slave的地址，APB中又包含了下层外围设备的地址。

APB互联

APB读写

写传输：

读传输：

AHB2APB Bridge

Bridge FSM

APB slave

APB到AHB的接口

AHB读APB从机的数据：

可见，APB从机的PRDATA信号线可以直接连接到AHB的读信号线（读Data没有延迟） 因此可以使得AHB工作在比较高的频率。

AHB写APB从机：

Back to Back 传输：

互联

• 每一个从设备都占用系统中的一段地址空间
• 所有的从设备都是可寻址的
• 寄存器/存储器都是存储器映射方式访问
• CPU/IP读写其他IP的数据类似于读写存储器

IP间的互联通信

主设备被arbiter grant之后，可以访问总线上的所有从设备

一般IP同时拥有主从接口。

CPU和IP之间的通信

• CPU总是作为主设备
• IP总是作为从设备
• IP可以发出一个中断请求
• CPU进入中断模式，由interrupt service routine (ISR)来处理中断

Example： DMA

CPU通过读写DMA的总线接口，可以读取DMA的状态（读slave），以及配置DMA的工作模式（写slave）

Step 0:

Step 1&2:

Step 3: 此时控制权移交给DMA，DMA作为master对两个slave进行数据搬运（先读入再写出）

Step 4:

这个箭头画反了，反正就是表示CPU读取DMA。