先进微控制器总线体系结构简介

本文将介绍先进的微控制器总线体系结构(AMBA)，这是一种开放的SoC设计标准。 随着半导体制造的发展，在相同尺寸的模具上安装更多逻辑门的能力稳步提高。能够在同一芯片上包含越来越多的组件导致了SoC或系统在芯片上的诞生。

SoC通常被定义为包括构成计算机的所有必要元素的集成电路。这包括CPU、RAM、非易失性存储器、UART和系统需要的任何其他外围设备.由于同一芯片上有大量不同的组件，有效地连接和管理这些子系统很快就成了一个挑战。先进的微控制器总线体系结构(AMBA)就是解决这一问题的一种尝试。什么是AMBA？Amba是一个开放标准，它概述了如何连接和管理SoC中的不同组件或块。AMBA规范是由ARM开发的，并已成为SoC中接口组件的事实上的标准。虽然AMBA目前正在进行第5次修订，并且随着时间的推移已经有了很大的发展，但遗留实现被广泛使用，并且仍然具有相关性。

记住这一点，本文将以Version2.0作为起点，并在以后的文章中构建这些思想。

为什么是AMBA？为了解决SoC设计中的一些关键问题，开发了AMBA规范。其中之一是正确的第一次开发，这意味着，如果使用正确，AMBA可以确保一个连贯的设计从一开始，减少昂贵的重新设计。AMBA的另一个关键需求是技术独立或使设计可重用和不依赖于系统组件的细节。通过模块化的系统设计，AMBA鼓励开发组件库，这样就不需要重复曾经做过的工作了。

AMBA的最后一个动机是尽量减少芯片内和片外通信所需的硅量。辅助信息在继续之前，请考虑查阅这些相关资源以获得更多信息：简单优先权仲裁者微处理器总线网络AMBA巴士在2.0版中，描述了三种不同的总线，以方便片上通信.这些是高级高性能总线(AHB)、高级系统总线(ASB)和高级外围总线(APB).AHB是该系统的骨干，是专为高性能、高频组件而设计的.这包括处理器、片上存储器和存储器接口等的连接.ASB是AHB的另一种选择，在AHB中不需要一些高性能的特性.APB是为不需要AHB或ASB高性能的低带宽外围设备设计的简化接口。这些组件包括UART、低频GPIO和计时器.图1.Amba总线，包括AHB/ASB和APB(取自AMBA Rev.2.0)高级高性能总线AHB是在2.0版中对AMBA的一个新的添加。它是为了适应高性能的设计而增加的。新增的一些新功能包括拆分事务、单周期总线主切换、单时钟边缘操作和更广泛的数据总线配置，即64/128位。AHB必须包含主从之外的许多组件。

这些组件是地址和控制复用器、读复用器、写复用器、解码器和仲裁器。图2显示了连接到AHB上的四个奴隶的三个主程序。所示的信号是地址信号(HADDR)、写入数据总线(HWDATA)和读数据总线(HRDATA)。所述地址用于从选择，所述写数据总线用于从主到从之间移动数据，所述读数据总线用于在从与主之间移动数据。图2.拥有主人、奴隶、互斥者、仲裁者和解码器(AMBA Rev.2.0)当主人需要控制总线时，必须首先向仲裁者发送请求。仲裁者根据确保具有较高优先级的主程序首先被给予访问的优先级方案来授予访问权限。AMBA没有定义这个优先级方案，不同的设计会有所不同。许多控制信号被用来定义数据传输的方向、宽度和类型。

AHB解码器接收来自主机的地址信号，并将其解码为从选择信号。从机通过HRESP信号对主机进行响应，并开始主从之间的数据传输。总共有大约20个不同的AHB信号，每个信号都有一个独特的用途。图3显示了与ASB信号一起的AHB信号，以供参考。先进系统总线ASB是AHB的简化版本，为16位和32位系统提供高性能.除了允许拆分事务的某些控制信号之外，AHB上的许多相同信号都用于ASB。ASB的操作从主程序从仲裁者请求访问总线开始。仲裁者批准请求，转移开始。

解码器解码放置在总线上的地址并选择从地址。从服务器响应到主服务器，并进行数据传输。图3.与ASB信号的比较高级外围总线APB是低频系统组件的简化接口.第二版进一步简化了总线，使所有信号转换同步到时钟的上升边缘。APB由一个称为APB桥的总线主站组成，它在AHB/ASB上充当从站。因此，该桥是高性能总线和低频外围设备之间的接口.APB上的外围设备是奴隶。图4列出了APB信号名称。图4.APB信号AMBA系统下面的图5显示了一个使用两个AHB主程序(一个AHB从机和两个APB从机)运行的示例AMBA系统。请注意AHB仲裁器、AHB解码器和APB桥。图5.AMBA系统的例子。点击放大。APB桥有一个AHB从接口，因此它看起来像主程序的另一个从接口。

该系统已经简化，一些信号和次要元素(如复位信号和复用器)被删除。输出信号离开块的右侧，输入信号进入块的左侧。输入信号也由箭头表示。较粗的行表示较大的数据路径。该系统在大约七个时钟周期内对一个APB从站执行写操作。AHB是一种流水线总线，具有专用的读和写路径，因此在写入过程中可以进行读取。要获得更准确的计时信息，请参阅AMBA标准修订版2.0。AXI-展望未来最终，AHB达到了性能限制，到2003年ARM已经发布了新一代的AMBA协议。Amba修订版3.0介绍了AXI协议。AXI代表高级可扩展接口，并提供比通过点对点连接方案实现的AHB更高的性能。与系统总线不同，AXI互连允许主从之间的事务只使用少数几个定义良好的接口。

在下一篇AMBA文章中，我们将介绍AXI 3和AXI 4，以及它们是如何用于接口SoC组件的。图6.AXI互连(AXI 4规范)结语本文介绍了先进的微控制器总线体系结构(AMBA)。Amba是一个开放的标准，它概述了SoC上的组件如何以快速高效的方式交换数据。Amba已成为事实上的标准，目前正在进行第五次修订。从2.0修订版开始，我们从高级别研究了AHB、ASB和APB以及它们是如何工作的。虽然这些总线协议大部分已经被AMBA的未来修订所取代，但它们仍然适用于遗留设计，并作为未来学习的基础。无论您是对SoC设计感兴趣，专业还是爱好，AMBA是您旅程中的关键一步。