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AMBA接口文档
Last updated: 7/10/2013 8:44 AM
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2 AMBA总线简介
2.1AMBA总线概况
Advanced Microcontroller Bus Architecture（AMBA）总线规范是ARM公司提出的总线规范，被大多数SoC设计采用，它规定了AHB（Advanced High-performance Bus）ASB（Advanced System Bus）APB(Advanced Peripheral Bus)。AHB用于高性能、高时钟频率的系统结构，典型的应用如ARM核与系统内部的高速RAM，Nand Flash，DMA，Bridge的链接。APB用于连接外部设备，对性能要求不高，而考虑低功耗问题。ASB是AHB的一种替代方案，它也是是另外一种系统总线，用在并不要求AHB 的高性能特征的地方，一般并不常见。
基于AMBA的微控制器典型地由一个高性能系统中枢总线（AMBA AHB或者AMBA ASB）组成，能够支持外部存储器带宽，包括CPU，片上存储器和其他直接数据存取（DMA）设备。这条总线为上述单元之间大多数的传输提供高带宽接口。在这条高性能总线上也有一个桥接器以连接低带宽的APB，而在APB上连接着大多数的系统外设，如图图 2.1所示。
图2.1典型的AMBA系统
AMBA APB 作为主总线高性能通道的二级总线，提供基本外设宏单元之间的通信口。 这些典型的外设有以下特征： ? 有存储器映射的寄存器接口； ? 没有高带宽接口；
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? 通过可编程的控制来访问。
外部存储器接口是受应用指定因而可能只有较窄的数据通道，但也可以支持测试访问模式以允许通过独立于系统的测试装备来测试内部AMBA AHB、ASB 和APB。
2.2 AMBA AHB介绍
AHB 是为提出高性能可综合设计的要求而产生的新一代AMBA 总线。它是一种支持多 总线主机和提供高带宽操作的高性能总线。
AMBA AHB 实现了高性能，高时钟频率系统的以下特征要求： ? 突发传输； ? 分块处理；
? 单周期总线主机移交； ? 单时钟沿操作； ? 非三态执行；
? 更宽的数据总线架构（64 位或者128 位）。
这条高级总线和当今的ASB/APB 能够有效的桥接确保了能够方便集成任何现有的设计。AMBA AHB 的设计可能包含一个或者多个主机，一个典型的系统将至少包含处理器和测试接口。然而，将直接数据存取（DMA）或者数字信号处理器（DSP）包含作总线主机 也很普通。外部存储器接口，APB 桥和任何内部存储器是最常见的AHB 从机。然而，低带宽的外设通常都是连接到APB 上。典型的AMBA AHB 系统设计包含以下的成分：
AHB 主机 总线主机能够通过提供地址和控制信息发起读写操作。任何时候只允许一个总线主机处于有效状态并能使用总线。
AHB 从机 总线从机在给定的地址空间范围内响应读写操作。总线从机将成功、失败 或者等待数据传输的信号返回给有效的主机。
AHB 仲裁器 总线仲裁器确保每次只有一个总线主机被允许发起数据传输。即使仲裁协议已经固定，任何一种仲裁算法，比如最高优先级或者公平访问都能够根 据应用要求而得到执行。
AHB必须只包含一个仲裁器，尽管在单总线主机系统中这显得并不重要。AHB 译码器 AHB 译码器用来对每次传输进行地址译码并且在传输中包含一个从机选择信号。所有AHB 执行都必须仅要求有一个中央译码器。
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AHB总线系统有Master、Slave和Infrastructure构成。Infrastructure由Arbiter，数据多路，地址控制多路，译码器构成。有需要占用总线的Master向Arbiter提出占用总线请求，Arbiter授权给指定的Master。任一时间周期只有一个Master可以接入总线，对其指定的Slave进行读写操作。总线统一规划slave的地址，译码器根据地址选择哪个slave与master进行数据通信。授权访问机制通过多路选择器实现：Arbiter将获得授权的master序号传输给地址和写数据多路，以选择哪个master接入总线；地址译码器根据master需要访问的地址选择master，并为写数据多路提供控制信号以选通相应的slave。下图取自ARM Specification p3-4，显示了三个Master，四个Slave的连接。
图2.2 AHB总线的连接结构 ? ? ? ?
AHB总线的典型应用： 总线主机；
片上存储模块； 片外存储器接口；
带FIFO 接口的高带宽外设；
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? DMA 从机外设。
2.3 AMBA APB介绍
APB 是AMBA 总线体系中的一部分并且优化了最小功率消耗和降低了接口复杂度。AMBA APB 表现为一个局部二级总线，封装为AHB 或者ASB 的一个外设。APB 在AHB 和ASB 信号的基础上直接为系统总线提供了低功耗的延伸。APB桥作为一个从模块处理总线握手并且从局部外设总线的角度控制信号的时序更新。通过从系统总线起始点定义APB 接口，可以有效的利用系统诊断和测试方法的好处。AMBA APB 应该被用作任何低带宽和不需要通道总线接口的高性能的外设接口。
APB 2.0 版本规定所有信号的传输只和时钟的上升沿相关。这个改进确保了APB 能够很容易地被集成到任何设计流中，并包含以下优点： ? 易于实现较高频率的操作；
? 性能和时钟的脉冲间隔比（占空比）无关； ? 通过使用单时钟沿来简化静态时序分析； ? 对自动测试插入无需考虑特殊情况；
? 许多专用集成电路（ASIC）库对上升沿寄存器可以优先选择； ? 易于集成到基于周期的仿真器中。
典型的AMBA APB 工具包含单个APB 桥，需要它来将AHB 或者ASB 传输转变成适合于APB 从设备的形式。APB 桥提供所有地址、数据和控制信号的锁存，也提供一个二级译码以产生APB 外设的从机选择信号。所有APB 模块均是APB 从机。APB 从机包含以下接口规格：
? 整个访问中地址和控制信号有效（不分通道）；
? 当无外设总线活动时接口功耗为零（外设总线不使用时为静态）； ? 通过选通脉冲时序译码产生时序（无时钟接口）；
? 整个访问过程中写数据有效（允许无毛刺透明锁存工具）。
APB总线的典型应用： ? 简单的寄存器映射从机设备；
? 时钟不能够全局布通的超低功耗接口；分组窄总线外设应避免挂接到系统总线上。