AMBA片上總線在基于IP復用的SoC設計中的應用

引言

隨著深亞微米工藝技術日益成熟，集成電路芯片的規模越來越大。數字IC從基于時序驅動的設計方法，發展到基于IP復用的設計方法，并在SOC設計中得到了廣泛應用。在基于IP復用的SoC設計中，片上總線設計是最關鍵的問題。為此，業界出現了很多片上總線標準。其中，由ARM公司推出的AMBA片上總線受到了廣大IP開發商和SoC系統集成者的青睞，已成為一種流行的工業標準片上結構。AMBA規范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系統總線和APB(Advanced Peripheral Bus)外圍總線。

AMBA片上總線

AMBA 2.0規范包括四個部分：AHB、ASB、APB和Test Methodology。AHB的相互連接采用了傳統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。下面將簡要介紹比較重要的AHB和APB總線。

AHB簡介

AHB主要用于高性能模塊(如CPU、DMA和DSP等)之間的連接，作為SoC的片上系統總線，它包括以下一些特性：單個時鐘邊沿操作;非三態的實現方式;支持突發傳輸;支持分段傳輸;支持多個主控制器;可配置32位~128位總線寬度;支持字節、半字節和字的傳輸。AHB 系統由主模塊、從模塊和基礎結構(Infrastructure)3部分組成，整個AHB總線上的傳輸都由主模塊發出，由從模塊負責回應。基礎結構則由仲裁器(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。其互連結構如圖1所示。

APB簡介

APB主要用于低帶寬的周邊外設之間的連接，例如UART、1284等，它的總線架構不像AHB支持多個主模塊，在APB里面唯一的主模塊就是APB 橋。其特性包括：兩個時鐘周期傳輸;無需等待周期和回應信號;控制邏輯簡單，只有四個控制信號。APB上的傳輸可以用如圖2所示的狀態圖來說明。

1)系統初始化為IDLE狀態，此時沒有傳輸操作，也沒有選中任何從模塊。

2)當有傳輸要進行時，PSELx=1，PENABLE=0，系統進入SETUP狀態，并只會在SETUP 狀態停留一個周期。當PCLK的下一個上升沿時到來時，系統進入ENABLE 狀態。

3)系統進入ENABLE狀態時，維持之前在SETUP 狀態的PADDR、PSEL、PWRITE不變，并將PENABLE置為1。傳輸也只會在ENABLE狀態維持一個周期，在經過SETUP與ENABLE狀態之后就已完成。之后如果沒有傳輸要進行，就進入IDLE狀態等待;如果有連續的傳輸，則進入SETUP狀態。