AMBA总线概述

一、概述

高级微控制器总线体系（AMBA）规范定义了在设计高性能嵌入式微控制器时的一种片上通信标准。

AMBA2.0标准定义了3种不同的总线：

l 高级高性能总线（AHB）

l 高级系统总线（ASB）

l 高级外设总线（APB）

一般的系统会选择AHB/ASB+APB的总线架构，图1是一个典型的AMBA系统

图 1 典型AMBA系统

AMBA AHB用于高性能、高时钟频率的系统模块；AMBA APB则用于低功耗外设。

1、AHB信号列表

信号名	来源	描述
HCLK	时钟源	总线时钟，其他总线信号参考对齐于HCLK上升沿
HRESETn	复位控制器	总线复位信号，低有效
HADDR[31:0]	主机	AHB地址总线
HTRANS[1：0]	主机	表示传输类型，有空闲、非连续、连续、忙
HWRITE	主机	高电平表示写，低电平表示读
HSIZE[2：0]	主机	传输大小，典型情况有字节（8bit）、半字(16bit)、字(32bit),最大到1024bit
HBURST[2:0]	主机	表示传输是否组成突发
HPROT[3：0]	主机	提供总线访问的附加信息，给那些支持保护级别的模块用
HWDATA[31：0]	主机	写数据总线，主机向从机写入的数据
HSELx	译码器	每个AHB从机有自己的独立选择信号，表示选择对应从机；由地址总线简单译码得到。
HRDATA[31：0]	从机	读数据总线，从机向主机返回读的数据
HREADY	从机	为高表示总线传输完成，拉低用来扩展传输周期
HRESP[1：0]	从机	传输响应，为传输状态提供附加信息。有OKEY,ERROR,RETRY,SPLIT
HBUSREQx	主机	主机x向仲裁器发起一次主机请求
HLOCKx	主机	主机请求锁定对总线的访问，在此信号为低前，其他主机无法获得总线访问。
HGRANTx	仲裁器	表示对对应的主机授予总线访问权限。
HMASTER[3：0]	仲裁器	表明那个主机正在进行传输。
HMASTLOCK	仲裁器	表明当前主机正在进行锁定传输
HSPLITx[15:0]	从机	支持分块传输的从机，分块总线上每一位对应一个总线主机。

2、APB信号列表

信号名	描述
PCLK	总线时钟，其他总线信号参考对齐于PCLK上升沿
PRESETn	总线复位信号，低有效
PSEL	来自AHB2APB桥的2级译码信号，选中相应外设，表示对应外设即将发生一次传输。
PENABLE	PENABLE表示一次APB传输的第二个时钟周期
PWRITE	读写控制线，高为写，低为读
PRDATA	从机返回的读的内容。->
PWDATA	主机向从机的写入的内容
PADDR	APB地址总线

二、APB总线

1、状态图

用图2所示状态图可以表示APB总线传输过程中的状态转换关系。

图 2 APB传输状态图

状态说明：

IDLE ：空闲状态，总线大部分时间处于此状态。

SETUP ：对应外设的psel信号被断言，表明对应外设即将有传输要求，总线进入SETUP状态。总线在SETUP状态保持一个周期，并总是在下一个时钟上升沿进入ENABLE状态。

ENABLE :penable信号被断言，地址、写、选择信号在SETUP进入ENABLE过程中保持不变。ENABLE状态持续一个周期，如果之后没有进一步的传输要求，总线返回到IDLE。如果紧跟另一个传输，则进入SETUP状态，进行第2次传输。

2、写传输

图3表明了一个写传输的过程：

图 3 APB写传输

如图3所示，一次传输过程中，psel保持两个周期不变，且在此期间，paddr、pwrite也保持不变，penable在psel有效的第2个周期有效。为了降低功耗，地址信号和写信号将在传输后不再改变，直到发生下一次传输。协议仅要求使能信号有个规则的跳变，背靠背传输情况下，选择和写信号可能有小跳变。

写逻辑推荐写法：

 1 assign wr = psel & pwrite & (penable);
 2 always @(posedge pclk or negege present)
 3 begin
 4     if(!presetn)
 5     begin
 6         REG_A <= 32’h0;
 7     end
 8     else if(wr & paddr = REG_A_ID)
 9     begin
10         REG_A <= pwdata;
11     End
12 end

3、读传输

图4是一个读传输时序图：

图 4 APB读传输

读传输时各信号的时序和写时一样，在读传输中，从机必须在ENABLE周期提供数据，数据在ENABLE末尾的时钟上升沿被采样。

读逻辑推荐写法：

 1 assign rd = psel & (~pwrite) & (~penable) ;
 2 always @(*)
 3 begin
 4     if(rd)            //setup 
 5     begin
 6         case(paddr)
 7         REG_A_ID    : prdatanxt = REG_A;
 8         REG_B_ID    : prdatanxt = REG_B;
 9         ……
10         default        : prdatanxt = 32’h0;
11         endcase
12     end
13     else
14     begin
15         prdatanxt = 32’h0;
16     end
17 end
18 always @(posedge pclk or negege present)
19 begin
20     if(!presetn)
21     begin
22         prdata <= 32’h0;
23     end
24     else    begin
25         prdata <=prdatanxt;
26     End
27 end