AMBA之AHB协议

最新推荐文章于 2024-01-05 10:25:28 发布

xaydwy

最新推荐文章于 2024-01-05 10:25:28 发布

阅读量641

点赞数

分类专栏： IC/FPGA开发文章标签： fpga开发硬件架构硬件工程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xaydwy/article/details/129144876

版权

IC/FPGA开发专栏收录该内容

2 篇文章

订阅专栏

AHB介绍

AHB总线一开始面向系统级高性能，低功耗的系统互连。随着系统的发展，AXI总线作为高速总线的优势更加明显。AHB更多用于简单的数据传输，后来对AHB协议进行简化，定义了AHB-Lite，简化后的AHB主要用于单master数据访问。目前AHB多用于片上memory或低带宽需求的外设接口。

AHB总线接口的定义如下表所示：

Signal	Width	Destination	description
hclk	1	salve	总线时钟，上升沿有效
hrstn	1	slave	总线复位信号，低有效
hsel	1	slave	由Decoder产生，高电平表示当前slave被master选中
hwrite	1	slave	表示传输方向，high（写），low（读）
haddr	32	slave	总线地址
hwdata	32	slave	总线数据
htrans	2	slave	传输类型，0(IDLE),1(BUSY),2(NONSEQ),3(SEQ)
hsize	3	slave	传输大小，size=(2*hsize)8bits，最大支持1024bits
hburst	3	slave	突发类型
hprot	4	slave	保护控制信号，需slave带保护功能，一般不用
hmastlock	1	slave	当前master正在执行locked操作，与hmaster时序相同。
hmaster	4	slave	master识别符，由具有多个独占线程的主机产生
hready	1	slave	由multiplexor产生，用于slave判断master是否对其它设备完成操作
hreadyout	1	multiplexor	由slave产生，当master发起读写操作时，如果slave不能及时响应，把此信号拉低，用于延长传输。
hrdata	32	multiplexor	从slave读取的数据，数据位宽可以扩展，推荐32bits
hresp	2	multiplexor	slave发出的传输状态，0(OKAY),1(ERROR),2(RETRY),3(SPLIT)

在一个系统中，主机提供地址和控制信号来发起读写操作，主机的接口如下图所示：

从机通过hsel信号来确定是否要响应主机发起的操作请求，从机的接口如下图所示：

基本传输

一次传输包含两个阶段：

地址传输阶段：除非前一个传输需要延展，否则只需一个hclk周期；

数据传输阶段：根据hready信号控制完成传输的时钟周期。

无等待传输

下图是一个无等待读操作的时序关系图

下图是一个无等待写操作的时序关系图：

步骤分析：

Step1：Master在hclk上升沿驱动地址和控制信号到AHB总线上;

Step2：在下一个hclk上升沿，从机采集地址和控制信号；

Step3：Slave采集到地址和控制信号后，驱动hready进行响应，在第三个hclk上升沿Master采集hready信号。

有等待传输

下图是等待2个时钟周期读操作时序关系图：

步骤分析：

Step1：Master在hclk上升沿驱动地址和控制信号到AHB总线上;

Step2：在下一个hclk上升沿，从机采集地址和控制信号，但hready在两个时钟周期内没响应，Master保持当前地址和控制信号；

Step3：第4个hclk上升沿后，Slave驱动hready拉高，进行响应，完成读操作。在第5个hclk上升沿Master采集hready信号。

下图是等待1个时钟周期写操作时序关系图：

步骤分析：

Step1：Master在hclk上升沿驱动地址和控制信号到AHB总线上;

Step2：在下一个hclk上升沿，从机采集地址和控制信号，但hready在接下来1个时钟周期内没响应，Master保持当前地址和控制信号；

Step3：第3个hclk上升沿后，Slave驱动hready拉高，进行响应，完成写操作。在第4个hclk上升沿Master采集hready信号。

下图是等待1个时钟周期读写交替操作的时序关系图：

步骤分析：

Step1：Master在第1个hclk上升沿驱动A写地址和控制信号到AHB总线上;

Step2：第2个hclk上升沿，Slave采集A写地址和控制信号，hready为高，完成A的写操作。同时，Master发起B读地址和控制信号到总线上；

Step3：第3个hclk上升沿，Slave采集B读地址和控制信号，由于Slave不能及时响应hready为低，总线进入等待状态；

Step4：第4个hclk上升沿后，Slave进行响应，hready拉高，完成读操作；

Step5：第5个hclk上升沿，Slave采集Master请求的C写地址和控制信号；

Step6：信号hready为高，完成C写数据操作。

传输类型

总线AHB通过htrans[1:0]信号来控制总线的传输类型，类型如下表所示：

下图展现的是传输类型的时序图：

步骤分析：

T0-T1：突发长度为4beats，以NONSEQ起始的读操作；

T1-T2：hready为高，Slave发送读数据到总线。Master插入BUSY传输类型，推迟Burst的第2beats的传输；

T2-T3：Master继续Burst传输，发送SEQ传输类型到总线；

T3-T4：Master继续Burst第3beat读请求；

T4-T5：Master继续Burst第4beat读请求,hready为低，进入等待状态；

T5-T6： hready拉高，Slave提供第3beat读数据；

T6-T7： Slave提供第4beat读数据；

锁定传输

通常，锁定传输是为了维护信号量的完整性，从机在读或写完成之前不进行其他操作。

突发操作

突发操作支持incrementing和wrapping突发。

主机不要发送超过1KB地址范围的递增突发。

传输一个busy后突发终止

在未定义突发长度的incrementing突发传输中，主机可以插入busy确定没有数据需要被传输。但协议不允许主机通过在固定突发长度的情况下插入busy来终止突发传输。固定长度的如法必须以SEQ传输类型终止。

不允许主机在single突发后立即执行busy传输。single突发后必须跟随IDLE或NONSEQ传输。

提前终止突发

1、从机发送error response

如果从机发出error响应，主机可以取消突发中的剩余传输，或，继续突发中剩余传输。如果主机取消了突发中的剩余传输，主机必须在两个周期error响应期间将HTRANS变为IDEL状态。

2、多层互连终止

在一个多主机系统的多层互连设备的情况下，可以终止一个突发，使另一个主机获取从机的存取权限。从机必须终止原主机的突发，并且给新主机适当的响应。

突发举例

下图，突发长度为4的wrapping（WRAP4）写突发传输。

下图，突发长度为4的incrementing（INCR4）读突发传输。

下图，突发长度为8的wrapping（WRAP8）读突发传输。

下图，突发长度为8的incrementing（INCR8）写突发传输。

未定义突发长度的递增突发（INCR）传输。

传输等待

从机可以用hreadyout信号插入等待状态。等待期间，主机被限制改变传输类型和地址。

等待期间传输类型的改变

在从机请求等待状态时，除了下面三种情况，主机不能改变传输类型：

IDLE传输；

固定突发长度的BUSY传输；

不定义突发长度的BUSY传输。

下图，在等待状态下，IDLE状态，传输类型可以发生改变。

下图，固定突发长度，在等待状态下，BUSY状态，传输类型可以发生改变。

下图，不固定突发长度的递增突发，在等待状态下，BUSY状态，传输类型可以发生改变。

等待期间地址的改变

在从机请求等待状态时，除了下面两种情况，主机只能改变地址一次：

IDLE传输期间；

一个ERROR响应后。

下图，在IDLE期间，地址发生改变。

下图，从机发送ERROR响应后，地址发生改变。

总线互连

互连组件是提供主机和从机之间的连接。单个主机系统只需要解码器（Decoder）和多路复用器（Multiplexor）。多主机系统需要提供仲裁器（Arbiter）和路由器（Router）。

地址解码

地址解码器提供一个选择信号HSELx，是根据高位地址产生。

分配给单个从机的最小地址空间是1KB。所有主机在不执行超过1KB的递增传输，确保突发传输不超过地址解码的边界。

如果一个系统不包含一个完整填充的地址映射，则需要实现一个额外的默认从机，以在访问任何不存在的地址空间时提供一个响应。

读数据和响应多路复用器

从机响应信号

主机发起一个传输后不能取消，从机必须提供一个响应，以指示传输访问的状态。

从机发送ERROR响应需要两个周期，在hreadyout信号为低电平时驱动hresp为高表示ERROR，在下一个周期驱动hreadyout为高以结束传输，同时保持hresp为高电平表示ERROR。由于总线的流水线性质，所以需要两个周期响应。当从机开始发送ERROR响应时，下一个地址已经发送到总线上。两个周期可以提供充足的时间让主机取消下一个访问，在开始下一个传输前，启动htrans进入IDLE状态。