AXI/AHB/APB总线协议

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#AMBA #AHB

于 2019-06-03 14:37:56 首次发布

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总线及总线互联

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1.学习笔记

转自月见樽github文章

APB学习笔记

AHB学习笔记

AXI学习笔记

转自Paul安

接口与协议学习笔记-AMBA片上通信协议_APB_AHB_AXI_AXI4不同版本（二）

关于AHB，也可参考第3章给出的本人转载文章，讲的也是非常之详细。

如果有AXI/APB的基础，可以只看第2.3节即可了解AHB的基本时序

2.AXI/AHB/APB差别

2.1.性能和架构

APB如果不考虑ready信号的话即非等待模式下读写都需要2个周期，如果考虑ready，读写都需要slave的ready拉高。只有一个master

AXI性能可以达到one transfer per cycle，支持多mst，多slv互联

AHB在无反压的时候性能页可以达到one transfer per cycle，支持多mst，多slv互联

需要注意的是AHB的地址和控制信号至少早于wdata/rdata一次时钟周期

----这里应该是考虑读传输slv侧要先接收addr，最快下一拍回数据

2.2.通道和burst传输

AHB的读写地址总线是共用一根的，共3个通道，AHB的传输可以被打断，本来需要Burst4只传了burst1被打断，后续需要重新取得总线控制权，传输剩下的burst3，这个就是transfer之间可以支持interleaving。支持Burst传输

AHB即使发送Burst传输，无论是读还是写，都要求每个transfer都发送地址和控制信号

2.3.握手和outs的区别

apb是psel/penable和pready握手，不支持outs，或者说outs=1。slv可以通过pready反压，但是mst不会反压总线。

axi是valid和ready握手，支持outs。mst和slv都可以通过自己的ready反压总线

ahb是htrans可以表示transfer的地址和控制信号有效，用htrans和hready握手，可以采样地址和控制信号。Htrans可以表示地址和控制信号的有效性

但是数据信号是没有握手的，那怎么知道读写数据的有效性呢？分两种情况考虑：

1.slv没有反压的时候，也即Hready一直为1，对于读和写，数据比地址和控制信号晚一拍

2.当slv有反压的时候，直到Hready=1的当拍数据对应于前一次Hready=1时对应的地址和控制信号

换句话说，数据与地址/控制信号的时序关系就是，Hready=1时的数据和前一拍Hready=1的地址/控制信号对应【没有握手靠的是和HADDR/HTRANS的约定时序】

所以AHB是不支持outs的，或者说outs=1.

如上图所示，在HREADY=1 采样A3/C3/RD2或者WD2，WD2/RD2对应的地址和控制信号在前一拍HREADY=1的时刻，对应A2/C2

2.3.1. AHB的 Htrans

传输类型使用端口HTRANS标记，有以下取值：

IDLE（00）：标志主机占有AHB总线，但是没有数据传输发生。从机需要使用OKAY状态回应该类型
BUSY（01）：标志主机占有AHB总线并在进行猝发传输，但下一个传输不能立刻发生。从机需要使用OKAY状态回应
NONSEQ（10）：标志主机当前发送的地址和控制信号与上一次传输无关（单次传输就是该状态）
SEQ（11）：标记主机处于猝发传输的中间部分，即当前发送的地址和控制信号与上一次地址和控制信号有关

例子如下图所示：

第一次传输，开启一次猝发传输，因此该地址与上一次传输无关，使用类型NONSEQ
第二次传输，无法立刻进行传输，因此使用BUSY标记延迟一个周期，延迟后可以进行传输，且处于猝发传输中，因此地址与上一次地址有关，使用SEQ标记
之后均为猝发传输，均使用SEQ类型
BUSY时HADDR保持不变

类比AXI的last信号，NONSEQ下一拍Hready拉高的时候对应的数据就是当前transaction的最后一笔transfer。

上图的时序再次印证了2.3节的AHB时序。

2.4. AHB/AXI/APB的互联结构

APB只支持单mst，多slv。仲裁比较简单，就是通过对地址译码，来产生对应slv的psel信号即可

下面分别给出AXI和AHB的 interconnect结构

2.5.应用场景上的区别

转自arm社区APB, AHB, AXI 3, AXI 4 的区别是什么？

APB是双cycle设计，只有一半的cycle在传数据，设计简单，一般用来连接吞吐量需求较低配置端口，不过在ARM总线内部都会转成AXI来传输。AHB算是三通道协议，分别是读写数据和地址通道，读写共用一个地址通道，所以吞吐量也不是很理想，但是设计简单，cortex m0就是ahb的，还有很多legacy device采用ahb，ahb在ARM总线内部也是转成AXI传输和仲裁。AXI的是5通道设计的，读写地址分开，吞吐量大，第一个版本叫AXI3，后来更新到AXI4，支持最多256beat的long burst和QoS。AMBA 4之后ARM还发布了AMBA CHI，以便更多处理器通过环形总线互联，实现环形总线上的数据传输。

APB一般用来连接配置接口，AHB和AXI多用来接数据传输接口，从性能和设计复杂度来看 APB < AHB < AXI。

APB (Advanced Peripherals Bus)是低带宽的总线，主要用来连接外设，比如系统外设的寄存器接口。它的信号要少的多，但必须支持32位

AHB(Advanced High-performance Bus)是AMBA2里定义的总线协议。它支持单边时钟协议，单周期总线权限交接，64/128位总线带宽等特性。速度比ＡＨＢ高

AXI(Advanced eXtensible Interface)是最初AMBA3定义的总线标准。目标服务高性能和高时钟频率的系统设计。它提供单独的地址/控制和数据周期，支持非对齐的数据传输，爆发(burst)型总线事务等特性。AXI3和AXI4就是AMBA3和AMBA4定义的高速总线标准。

APB和AHB用在ARM7, ARM9和Cortex-M的ＡＲＭ处理器中。AXI3应用比较广泛，比如Cortex-A9，Cortex-R5/F。AXI4在最新的Cortex-A7和Cortex-A15使用。