AMBA总线中的AHB总线详解——SoC设计（中文版）

简介：
本书深入浅出地解析了AMBA架构下的AHB总线协议，为从事SoC系统级芯片设计的技术人员提供详尽指导与参考。 **SoC设计中的AMBA总线与AHB总线详解** AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture，高级微控制器总线架构）是由ARM公司提出的一种开放的片上系统（System-on-Chip, SoC）互连标准，旨在简化SoC设计中组件间的通信。该标准包括多种类型的接口，如AHB（Advanced High-performance Bus，高级高性能总线）和APB（Advanced Peripheral Bus，高级外围总线），为不同性能需求的系统组件提供了灵活的连接方式。 **AHB总线特性与功能** 1. **流水线操作**: AHB采用了流水线机制，在同一个时钟周期内处理多个事务，从而提高了总线的数据吞吐量。 2. **多主设备支持**: 多个主设备可以同时工作于AHB上，例如CPU、DMA引擎和APB桥等。它们通过仲裁机制共享总线资源。 3. **上升沿触发**: 绝大多数信号在时钟的上升沿被采样，确保了高速操作下的稳定性。 4. **HREADY信号**: HREADY用于指示从设备是否准备好接收或发送数据；当其值为0时，主设备需等待下一个时钟周期继续传输。 **AHB总线组成部分** 1. **AHB信号列表**: 包括地址、数据、控制和响应等，例如HADDR（地址）、HWDATA（写入数据）、HRDATA（读取数据）以及HWRITE(指示是否为写操作)。 2. **主从设备端口定义**: 规定了主设备如何发起事务及从设备如何做出回应。 3. **AHB结构**: 主设备通过发送地址和控制信号来启动一个事务；而从设备根据这些信息读取或写入数据，并使用HREADY进行状态反馈。 **AHB传输分析** 1. **简单传输**: 在没有等待状态（即HREADY为1）的情况下，主设备在第一个时钟上升沿发出地址及控制信号，在随后的周期中发送和接收数据。 2. **等待传输**: 当从设备请求延迟操作(HREADY=0)时，直到该信号恢复到高电平之前，主设备必须暂停事务处理。 3. **流水线传输**: 在存在等待状态的情况下，后续的操作会顺延至下一个时钟周期执行。这可能会影响连续的通信流程。 **AHB传输类型** 1. **T1传输**: 开始一个非连续性的操作，并发送地址和控制信号。 2. **T2-T5传输**: 这些代表了连续的数据交换过程，包括数据读写以及地址更新；根据HREADY的状态可能需要等待进一步的操作确认。 3. **突发（Burst）传输**: 多次访问一系列连续的内存位置。这种模式分为增量和回环两种类型： - 增量突发: 地址依次增加,如4拍传输分别从0x34、0x38、0x3C到0x40。 - 回环突发: 当超出边界时，地址会回到起始位置。例如，若四次连续访问以0x34开始，则当越过16字节的界限后又返回至0x30。 **突发信息编码** - HBURST[2:0]字段用于指示突发长度（如单拍、4拍等）。 - HSIZE[2:0]则定义了每个传输周期的数据宽度，比如1B, 2B或4B。 **数据方向控制** - HWRITE信号为高电平时表示写操作；低时则代表读取动作。在前者情况下，信息由主设备流向从设备；反之亦然。 **HPROT信号功能解析** - 提供额外的访问权限说明,如预取指令、特权模式或用户模式等。对于配备MMU（内存管理单元）的主机而言，该字段还指示了是否启用缓存和缓冲机制。 AMBA AHB总线在SoC设计中扮演着关键角色，它通过其高效的流水线操作、多主设备支持以及灵活的突发访问方式,有效满足复杂系统组件间的高速通信需求。理解AHB的工作原理及其信号交互有助于工程师更好地进行基于AMBA标准的SOC架构的设计与优化工作。