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AMBA总线协议AHB、APB、AXI对比分析

AMBA总线协议AHB、APB、AXI对比分析

一、AMBA概述

AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 高级处理器总线架构
AHB (Advanced High-performance Bus) 高级高性能总线
ASB (Advanced System Bus) 高级系统总线
APB (Advanced Peripheral Bus) 高级外围总线
AXI (Advanced eXtensible Interface) 高级可拓展接口

这些内容加起来就定义出一套为了高性能SoC而设计的片上通信的标准。

AHB主要是针对高效率、高频宽及快速系统模块所设计的总线,它可以连接如微处理器、芯片上或芯片外的内存模块和DMA等高效率模块。

APB主要用在低速且低功率的外围,可针对外围设备作功率消耗及复杂接口的最佳化。APB在AHB和低带宽的外围设备之间提供了通信的桥梁,所以APB是AHB或ASB的二级拓展总线。

AXI:高速度、高带宽,管道化互联,单向通道,只需要首地址,读写并行,支持乱序,支持非对齐操作,有效支持初始延迟较高的外设,连线非常多。

几种AMBA总线的性能对比分析




二、AHB总线

AHB的组成
Master:能够发起读写操作,提供地址和控制信号,同一时间只有1个Master会被激活。
Slave:在给定的地址范围内对读写操作作响应,并对Master返回成功、失败或者等待等状态。
Arbiter:负责保证总线上一次只有1个Master在工作。仲裁协议是规定的,但是仲裁算法可以根据应用决定。
Decoder:负责对地址进行解码,并提供片选信号到各Slave。
每个AHB都需要1个仲裁器和1个中央解码器。



AHB基本信号
HADDR:32位系统地址总线
HTRANS:M指示传输状态,NONSEQ、SEQ、IDLE、BUSY
HWRITE:传输方向1-写,0-读
HSIZE:传输单位
HBURST:传输的burst类型
HWDATA:写数据总线,从M写到S
HREADY:S应答M是否读写操作传输完成,1-传输完成,0-需延长传输周期。需要注意的是HREADY作为总线上的信号,它是M和S的输入;同时每个S需要输出自HREADY。所以对于S会有两个HREADY信号,一个来自总线的输入,一个自己给到多路器的输出。
HRESP:S应答当前传输状态,OKAY、ERROR、RETRY、SPLIT。
HRDATA:读数据总线,从S读到M。

AHB基本传输
两个阶段
地址周期(AP),只有一个cycle
数据周期(DP),由HREADY信号决定需要几个cycle
流水线传送
先是地址周期,然后是数据周期

AHB突发传输与AXI突发传输的特点

AHB协议需要一次突发传输的所有地址,地址与数据锁定对应关系,后一次突发传输必须在前次传输完成才能进行。

AXI只需要一次突发的首地址,可以连续发送多个突发传输首地址而无需等待前次突发传输完成,并且多个数据可以交错传递,此特征大大提高了总线的利用率。

AHB总线与AXI总线均适用于高性能、高带宽的SoC系统,但AXI具有更好的灵活性,而且能够读写通道并行发送,互不影响;更重要的是,AXI总线支持乱序传输,能够有效地利用总线的带宽,平衡内部系统。因此SoC系统中,均以AXI总线为主总线,通过桥连接AHB总线与APB总线,这样能够增加SoC系统的灵活性,更加合理地把不同特征IP分配到总线上。

三、APB总线

主要应用在低带宽的外设上,如UART、 I2C,它的架构不像AHB总线是多主设备的架构,APB总线的唯一主设备是APB桥(与AXI或APB相连),因此不需要仲裁一些Request/grant信号。APB的协议也十分简单,甚至不是流水的操作,固定两个时钟周期完成一次读或写的操作。其特性包括:两个时钟周期传输,无需等待周期和回应信号,控制逻辑简单,只有四个控制信号。APB上的传输可用如图所示的状态图来说明。

1、系统初始化为IDLE状态,此时没有传输操作,也没有选中任何从模块。

2、当有传输要进行时,PSELx=1,,PENABLE=0,系统进入SETUP状态,并只会在SETUP状态停留一个周期。当PCLK的下一个上升沿到来时,系统进入ENABLE状态。

3、系统进入ENABLE状态时,维持之前在SETUP状态的PADDR、PSEL、PWRITE不变,并将PENABLE置为1。传输也只会在ENABLE状态维持一个周期,在经过SETUP与ENABLE状态之后就已完成。之后如果没有传输要进行,就进入IDLE状态等待;如果有连续的传输,则进入SETUP状态。

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