数字ic设计——AMBA总线（1）AMBA总线介绍AMBA总线介绍 AMBA发展历史AMBA总线优缺点AMBA总线体系AMBA协议其他有关问题例子：DMA搬运memory数据

AMBA总线介绍

          AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture） 总线是由ARM公司提出的一种开放性的片上总线标准，它独立于处理器和工艺技术，具有高速度低功耗等特点。  

 总线：系统芯片中各个模块之间需要有接口来连接。总线作为子系统之间共享的通信链路。（因为ARM占据市场比较大，很大做IP设计的公司都会去兼容AMBA  interface。）

ARM中的总线用于不同部件之间的通信。有两种不同类型的设备连接到总线：

• ARM处理器：它是总线的主设备，拥有对总线的仲裁权，可以通过同一总线主动发起数据传输请求；
• 外围器件：是总线的从设备，在总线上是被动的，只能对主设备发出的一个传输请求做出反应。 

举例： 

总线协议 

做一个IP设计。要搞清楚IP的输入输出

例如，做一个AHB的IP，AHB输入，SPI等为输出。跟AHB做通信的端口是必不可少的。    数据之间传输，需要interface。

 AMBA发展历史

         AMBA 协定的目的是为了要推出 on-chip bus 的规范，一开始 AMBA 1.0 只有 ASB 与 APB，为了节省面积，所以这时候的 bus 协定都是 tri-state 的 bus，而到后来 2.0 的 AHB 为了能更方 便设计者(trisate bus 要花更多精力去注意 timing)，因此改用 bus 改用 multiplexor 的架构，并增加了新的特性。 

        AMBA 1.0：ASB和APB

        AMBA 2.0：AHB,ASB和APB

        AMBA 3.0：AMBA Advanced extensible Interface (AXI)（可以用于ARM和FPGA的高速数据交互）

        AMBA 4.0：........

传输速率速度越来越快。 

AMBA总线优缺点

 AMBA总线优点：

• 低成本
• 方便易用（协议简单合理。按照协议传输数据，不会出错）

AMBA总线缺点：

• 会造成性能瓶颈（传输速率有上限）

AMBA总线体系

AMBA总线体系包括以下三种总线：

1. AHB：Advanced High-performance Bus，用于高性能、高时钟工作频率模块。
2. ASB：Advanced System Bus，用于高性能系统模块。
3. APB：Advanced Peripheral Bus，用于慢速外设模块。

典型的AMBA系统：

一个以 AMBA 架构的 SOC，一般来说包含了

• AHB（high-performance 的 system bus ）： 负责连接例如 ARM 之类的 embedded processor 与 DMA controller，on-chip memory 和其他 interface，或其他需要 high bandwidth 的元件。
• APB（low-power 的 peripheral bus ）：用来连接系统的周边元件，其protocol 相对AHB 来讲较为简单， 与 AHB 之间则透过 Bridge 相连，期望能减少 system bus 的 loading。 

         AHB支持多个Master，因此需要Arbiter来仲裁。

        APB是外设总线，主要用于低带宽的片内周边外设之间的连接，如UART等，它的总线结构不想AHB支持多个Master，在APB里面，唯一的Master就是APB桥，因此不需要仲裁。 （外围设备做slave，只能由AHB读）

处理器和其它主设备/从设备都是可以替换的。  

AHB-APB桥：

        在AHB和APB之间，有AHB-APB桥，这是为了解决高性能器件和片内低带宽外设之家的匹配问题；

AHB-外侨：

        AHB和片外总线之间，有一个AHB-外侨，这是为了解决片内高性能器件和片外设备之间的带宽不匹配。 

AMBA协议其他有关问题

与工艺无关
没有定义电气特性
仅在时钟周期级定义时序

• 提取时序参数依赖于所采用的工艺和工作频率

例子：DMA搬运memory数据

DMA bus 帮助CPU搬运数据。CPU做master。DMA可以做master、slave，但是这里做slave

CPU把搬运数据分派给DMA做。

base address                         0x3000-0x31000，有1000个空间。有很多register

offset address（偏移地址）   0x00    0x04    0x08    0x0C    0x10

最终地址=base address+offset address

register1（0x00 ）：写1，说明DMA要start；写0，代表DMA stop

register2（0x04 ）：告诉CPU，DMA现在是否有空

register3（0x08 ）：告诉DMA从哪里搬移数据

register4（0x0C ）：告诉DMA把数据搬到哪里去。

register5（ 0x10 ）：告诉DMA搬多少数据。

要先把DMA这几个寄存器先配好register3-5，然后看DMA是否有空（register2），有空就start（register1）。

假设把数据从memory1（0x1000-0x1100，1k）搬到memory2（0x2000-0x2100）

假设现在ready，启动start

数据流向：

①DMA读memory1里面的数据

②DMA向memory2里面写数据（总线在某一时刻，只能读或者写。）

③搬运完了，DMA要发interrupt给CPU（在DMA某个寄存器写入done的状态，CPU读DMA寄存器的值）

        所有告知CPU的信息，都是通过中断方式。只能由CPU读其他模块的寄存器。把状态填在模块的寄存器里，向CPU发送中断。

（例如，工作做完了，在寄存器填入done的状态，向CPU发送中断，CPU检查寄存器的状态，然后CPU执行下面的指令。或者没有读到数据，写状态，发中断。发生什么事情，记录在status寄存器中，给CPU发中断。）

Step0 : CPU检查DMA的状态以确认是否可用 

while(1)
{
  Read(0x30004,&status)
    if(status == 0)
       break;
}

Step1 : CPU设置( source address ) 、( destination address ) 、( size ) 

Write (0x30008,0x10000)
Write(0x3000C,0x20000)
Write(0x30010,0x100)

Step 2:启动DMA 

Write(0x30000,0x1)

Step3 :DMA把数据从memory 1传送到memory 2

Step 4: DMA向CPU发出中断请求
Step 5 : CPU检查DMA的状态

Read(0x30004,&status)

参考：

《AMBA 3 APB 协议规范 》

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《Introduction to AMBA Bus System》 工研院 / 系統晶片技術中心工程師 吳欣龍 

最后

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