引言

    隨著深亞微米工藝技術(shù)日益成熟，集成電路芯片的規(guī)模越來越大。數(shù)字ic從基于時(shí)序驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，發(fā)展到基于ip復(fù)用的設(shè)計(jì)方法，并在soc設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。在基于ip復(fù)用的soc設(shè)計(jì)中，片上總線設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的問題。為此，業(yè)界出現(xiàn)了很多片上總線標(biāo)準(zhǔn)。其中，由arm公司推出的amba片上總線受到了廣大ip開發(fā)商和soc系統(tǒng)集成者的青睞，已成為一種流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)片上結(jié)構(gòu)。amba規(guī)范主要包括了ahb(advanced high performance bus)系統(tǒng)總線和apb(advanced peripheral bus)外圍總線。

    amba片上總線

    amba 2.0規(guī)范包括四個(gè)部分：ahb、asb、apb和test methodology。ahb的相互連接采用了傳統(tǒng)的帶有主模塊和從模塊的共享總線，接口與互連功能分離，這對(duì)芯片上模塊之間的互連具有重要意義。amba已不僅是一種總線，更是一種帶有接口模塊的互連體系。下面將簡(jiǎn)要介紹比較重要的ahb和apb總線。

    ahb簡(jiǎn)介

    ahb主要用于高性能模塊(如cpu、dma和dsp等)之間的連接，作為soc的片上系統(tǒng)總線，它包括以下一些特性：?jiǎn)蝹�(gè)時(shí)鐘邊沿操作；非三態(tài)的實(shí)現(xiàn)方式；支持突發(fā)傳輸；支持分段傳輸；支持多個(gè)主控制器；可配置32位~128位總線寬度；支持字節(jié)、半字節(jié)和字的傳輸。ahb 系統(tǒng)由主模塊、從模塊和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(infrastructure)3部分組成，整個(gè)ahb總線上的傳輸都由主模塊發(fā)出，由從模塊負(fù)責(zé)回應(yīng)�；A(chǔ)結(jié)構(gòu)則由仲裁器(arbiter)、主模塊到從模塊的多路器、從模塊到主模塊的多路器、譯碼器(decoder)、虛擬從模塊(dummy slave)、虛擬主模塊(dummy master)所組成。其互連結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    apb簡(jiǎn)介

    apb主要用于低帶寬的周邊外設(shè)之間的連接，例如uart、1284等，它的總線架構(gòu)不像ahb支持多個(gè)主模塊，在apb里面唯一的主模塊就是apb 橋。其特性包括：兩個(gè)時(shí)鐘周期傳輸；無需等待周期和回應(yīng)信號(hào)；控制邏輯簡(jiǎn)單，只有四個(gè)控制信號(hào)。apb上的傳輸可以用如圖２所示的狀態(tài)圖來說明。

    1)系統(tǒng)初始化為idle狀態(tài)，此時(shí)沒有傳輸操作，也沒有選中任何從模塊。

    2)當(dāng)有傳輸要進(jìn)行時(shí)，pselx＝1，penable＝0，系統(tǒng)進(jìn)入setup狀態(tài)，并只會(huì)在setup 狀態(tài)停留一個(gè)周期。當(dāng)pclk的下一個(gè)上升沿時(shí)到來時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入enable 狀態(tài)。

    3)系統(tǒng)進(jìn)入enable狀態(tài)時(shí)，維持之前在setup 狀態(tài)的paddr、psel、pwrite不變，并將penable置為1。傳輸也只會(huì)在enable狀態(tài)維持一個(gè)周期，在經(jīng)過setup與enable狀態(tài)之后就已完成。之后如果沒有傳輸要進(jìn)行，就進(jìn)入idle狀態(tài)等待；如果有連續(xù)的傳輸，則進(jìn)入setup狀態(tài)。

    基于amba的片上系統(tǒng)

    一個(gè)典型的基于amba總線的系統(tǒng)框圖如圖３所示。

    大多數(shù)掛在總線上的模塊(包括處理器)只是單一屬性的功能模塊：主模塊或者從模塊。主模塊是向從模塊發(fā)出讀寫操作的模塊，如cpu，dsp等；從模塊是接受命令并做出反應(yīng)的模塊，如片上的ram，ahb／apb 橋等。另外，還有一些模塊同時(shí)具有兩種屬性，例如直接存儲(chǔ)器存取(dma)在被編程時(shí)是從模塊，但在系統(tǒng)讀傳輸數(shù)據(jù)時(shí)必須是主模塊。如果總線上存在多個(gè)主模塊，就需要仲裁器來決定如何控制各種主模塊對(duì)總線的訪問。雖然仲裁規(guī)范是amba總線規(guī)范中的一部分，但具體使用的算法由rtl設(shè)計(jì)工程師決定，其中兩個(gè)最常用的算法是固定優(yōu)先級(jí)算法和循環(huán)制算法。ahb總線上最多可以有16個(gè)主模塊和任意多個(gè)從模塊，如果主模塊數(shù)目大于16，則需再加一層結(jié)構(gòu)(具體參閱arm公司推出的multi-layer ahb規(guī)范)。apb 橋既是apb總線上唯一的主模塊，也是ahb系統(tǒng)總線上的從模塊。其主要功能是鎖存來自ahb系統(tǒng)總線的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，并提供二級(jí)