AXI APB AHB 几种总线详细介绍与横向对比各自优缺点

AXI (Advanced eXtensible Interface)

介绍

AXI是ARM AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）的一部分，专为高性能、高带宽、低延迟的片内总线设计。它支持多种数据宽度，并且允许读写操作同时进行，极大地提高了总线的利用率。

信号定义

AXI协议定义了多个独立的通道：

AW（Address Write）通道：用于发送写地址和写命令。
W（Write）通道：用于发送写数据。
B（Write Response）通道：用于接收写响应。
AR（Address Read）通道：用于发送读地址和读命令。
R（Read）通道：用于接收读数据。

突发模式

AXI支持以下几种突发模式：

FIXED：每个突发中所有传输的地址相同。
INCR：每个突发中地址依次递增。
WRAP：每个突发中地址在达到一定界限后重新回到起始地址。

优点

高性能：支持高带宽、低延迟的数据传输。
灵活性：支持多种数据宽度，可根据需要配置。
读写并行：地址和数据通道分离，允许同时进行读写操作。
支持突发传输：减少总线占用时间，提高效率。
支持乱序传输：允许事务乱序完成，提高总线利用率。

缺点

实现复杂度高：协议复杂，实现成本较高。
硬件开销较大：需要更多的硬件资源来支持其功能。

AHB (Advanced High-performance Bus)

介绍

AHB是为高性能系统设计的总线协议，它支持多主设备（master）和多从设备（slave）的连接，并通过仲裁机制实现总线控制权的分配。

信号定义

AHB总线使用单通道传输地址和数据，信号包括：

HADDR（地址信号）：用于发送地址。
HWDATA（写数据信号）：用于发送写数据。
HRDATA（读数据信号）：用于接收读数据。
HREADY（传输完成信号）：用于控制数据周期。

突发模式

AHB支持以下几种突发模式：

SINGLE：单次传输。
INCR：递增传输。
WRAP：环绕传输。

优点

高性能：虽然不及AXI，但仍能满足大多数高性能嵌入式应用的需求。
相对简单：与AXI相比，协议较为简单，实现起来容易。
支持突发传输：可以进行连续的数据块传输。‘

缺点

性能受限：相较于AXI，性能有所下降。
地址/数据不分离：地址和数据在同一通道上传输，可能影响效率。

APB (Advanced Peripheral Bus)

介绍

APB总线是为低带宽需求的外设设计的，主要用于连接低速外设，如UART、I2C、SPI等。它支持单主设备（master）多从设备（slave）的连接，并且不需要仲裁机制。

信号定义

APB总线使用单通道传输地址和数据，信号包括：

PADDR（地址信号）：用于发送地址。
PWDATA（写数据信号）：用于发送写数据。
PRDATA（读数据信号）：用于接收读数据。

优点

简单：协议简单，实现成本低。
适合低速外设：适合连接低速外设，节省资源。
低功耗：传输速率较低，功耗也相对较小。

缺点

不适合高性能应用：传输速率低，不适合需要高性能的应用场景。
数据传输速度较慢：与AXI和AHB相比，数据传输速度较慢。

横向对比

总结

总结来说，AXI适用于需要高性能和高带宽的应用场景，如数据中心、高性能计算等领域；AHB适用于需要高性能但成本敏感的嵌入式系统；而APB适用于连接低速外设，如在消费电子产品的嵌入式系统中。选择哪种总线应根据具体的应用需求和系统架构来决定。

深入研究参考连接：

1.
 AXI4协议学习：架构、信号定义、工作时序和握手机制-优快云博客

2.

【IC设计】草履虫都能看懂的AXI入门博客（大量图文来袭，手把手教学，波形仿真）_axi设计-优快云博客

3.

 AXI接口协议详解-AXI总线、接口、协议

4.

AMBA总线APB、AHB、AXI（详细）总结附实例便于快速掌握_cpu, ahb and apb-优快云博客

5.

AHB、APB、AXI三种协议对比分析（AMBA总线）_ahb和axi比较-优快云博客