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1. 概述
AMBA AHB 是一种适用于高性能可合成设计的总线接口。它定义了组件之间的接口,如
主组件、互连组件和从组件。
AMBA AHB 实现了高性能、高时钟频率系统所需的功能,包括:
• 突发传输。
• 单时钟边缘操作。
• 非三态实施。
• 宽数据总线配置,64、128、256、512 和 1024 位。
最常见的 AHB 从设备是内部存储器设备、外部存储器接口和高带宽外围设备。尽管低
带宽外围设备可以作为 AHB 从设备包括在内,但出于系统性能原因,它们通常位于 AMBA
高级外围总线(APB)上。更高性能的 AHB 和 APB 之间的桥接是使用 AHB 从设备(称为 APB
桥接器)完成的。
图 1-1 显示了具有 AHB 主设备和三个 AHB 从设备的单主 AHB 系统设计。总线互连逻辑
由一个地址解码器和一个从-主多路复用器组成。解码器监视来自主设备的地址,从而选择
适当的从设备,并且多路复用器将相应的从设备输出数据路由回到主设备。
AHB 还通过使用互连组件来支持多主控器设计,该互连组件提供仲裁并将信号从不同主
控器路由到适当的从控器。
1.1 Master
Master 提供地址和控制信息以启动读写操作。图 1-2 为一个 Master 的接口框图。
Note:图 1-2 中的图表不包括 AHB5 中定义的附加信号。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89487774/bg2.jpg)
1.2 Slave
Slave 对系统中 Master 发起的传输做出响应。Slave 使用来自解码器的 HSELx 选择信号来
控制何时响应总线传输。
Slave 向主设备发回信号:
• 总线传输的完成或延长。
• 总线传输的成功或失败。
图 1-3 显示了一个 Slave。
Note:图 1-3 中的图表不包括 AHB5 中定义的附加信号。
1.3 Interconnect
Interconnect 提供系统中主设备和从设备之间的连接。
单个主系统只需要使用解码器和多路复用器,如以下章节所述。
多主系统需要使用 Interconnect,该 Interconnect 提供仲裁并将信号从不同主系统路由
到适当的从系统。这种路由是地址、控制和写入数据信令所必需的。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89487774/bg3.jpg)
解码器该组件对每次传输的地址进行解码,并为参与传输的从设备提供选择信号。它还
向多路复用器提供控制信号。
在使用两个或多个从设备的所有实现中都需要单个集中式解码器。
多路复用器需要从设备到主设备的多路复用器来多路传输读数据总线和从设备到主机
的响应信号。解码器为多路复用器提供控制。
在所有使用两个或多个从机的实现中,都需要一个集中式多路复用器。
1.4 Operation
主机通过驱动地址和控制信号来开始传输。这些信号提供关于传输的地址、方向、宽度
的信息,并指示传输是否形成突发的一部分。传输可以是:
•单个的。
•不在地址边界换行的递增突发。
•包裹在特定地址边界的包裹突发。
写入数据总线将数据从主设备移动到从设备,而读取数据总线则将数据从从设备移动到
主设备。
每次传输包括:
• 地址阶段: 一个地址和控制周期。
• 数据阶段: 数据的一个或多个周期。
从机不能请求延长地址阶段,因此所有从机都必须能够在此期间对地址进行采样。但是,
从设备可以通过使用 HREADY 请求主设备扩展数据阶段。
当信号为 LOW 时,该信号导致等待状态被插入到传输中,并使从设备能够有额外的时
间来提供或采样数据。
从设备使用 HRESP 来指示传输的成功或失败。
2. Interface
2.1 Global signals
Resigter Source Description
HCLK Clock source
hCLK 上升沿,进行传输
HRESETn Reset controller
复位信号,低有效,直接接系统总线的 reset 信号
2.2 Master signals
Resigter Destination Description
HADDR[31:0]
Slave and
decoder
32 位系统地址总线
HBURST[2:0] Slave
指示本次传输对应的 burst 传输的包含多少 beat,一个 burst
传输可以包含 4,8,16 个 beat 等
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89487774/bg4.jpg)
Burst 类型。
WRAP(回环):是固定的几个 haddr 循环;
INCR:地址增长
3’b000: SINGLE (单个传输 burst)
3’b001: INCR (未定义长度的 incrementing burst)
3’b010: WRAP4 (4 拍 回环 burst)
3’b011: INCR4 (4 拍 incrementing burst)
3’b100: WRAP8 (8 拍 回环 burst)
3’b101: INCR8 (8 拍 incrementing burst
3’b110: WRAP16 (16 拍 回环 burst)
3’b111: INCR16 (16 拍 incrementing burst)
HMASTLOCK Slave
指示当前总线上存在 master 正在进行独占访问; 当为高的
时候, 表示当前的传输为 locked sequence 的一部分,该
sequence 不可分割,slave 不能在 sequence 中间插入任何操
作。它与地址和控制信号同步的。
HPROT[3:0] Slave
提供总线访问的额外信息,由 master 提供给 slave
AHB 协议的保护控制
HPROT[0] data/inst (1:数据访问, 0:取操作)
HPROT[1] privileged 特权位 (1:特权模式访问,0 :用 户
模式访问)
HPROT[2] bufferable 位 (1:write
响应可以在中间点给出,
0 :write 响应必须在终点给出)
HPROT[3] modifiable 位 (1:传输特性可以被修改,0 :
传输特性不能修改)
HPROT[6:4]
Slave
HPROT[6:4] Slave HPROT[4] lookup
位
(1
:
传输必须在
cache 中查找,0 :传输不需要再 cache 中查找)
HPROT[5] allocate 位,性能相关 (1:传输被分配到 cache
,
0 :传输没有被分配到 cache)
HPROT[6] shareable 位 (1:传输与系统中其他 masters 共
享,0 :传输没有与系统中其他 masters 共享)
HSIZE[2:0]
Slave
指示要传输的数据尺寸,数据传输的大小。(注意:transfer size
必须小于等于数据总线的宽度。例如,对于 32 位数据总线,
HSIZE 必须仅使用值 0b000、0b001 或 0b010。)
3’b000: 8bits ; (Byte)
3’b001: 16bits ; (Halfword)
3’b010: 32bits ; (Word)
3’b011: 64bits ; (Doubleword)
3’b100: 128bits ; (4-word line)
3’b101: 256bits ; (8-word line)
3’b110: 512bits ;
3’b111: 1024bits
将
HSIZE
与
HBURST
结合使用,以确定封装突发的地址边界。
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HSIZE 信号具有与地址总线完全相同的时序。然而,在整个突
发传输过程中,它们必须保持不变。
HNONSEC
Slave and
decoder
表示当前传输是非安全传输或安全传输。
如果 AHB5 Secure_Transfer 属性为 True,则支持此信号。
HEXCL Exclusive
Access
Monitor
独占传输。指示传输是独占访问序列的一部分。
如果 AHB5 Exclusive_Transfers 属性为 True,则支持此信号。
HMASTER[3:0]
Exclusive
Access
Monitor
and slave
主标识符。由一个主线程生成,如果它有多个具有独占功能
的线程。
通过互连进行修改,以确保每个主机都具有唯一标识。
如果 AHB5 Exclusive_Transfers 属性为 True,则支持此信号
HTRANS[1:0]
Slave
指示当前传输的类型,
2’b00 IDLE:表示不需要数据传输。当主机不想执行数据
传输时,它会使用 IDLE 传输。建议主机使用 IDLE 传输终
止锁定传输。从设备必须始终为 IDLE 传输提供零等待状
态 OKAY 响应,并且该传输必须被从设备忽略。
2’b01 BUSY: BUSY 传输类型使主设备能够在突发的中间
插入空闲周期。此传输类型表示主设备正在继续突发,
但不能立即进行下一次传输。当主机使用 BUSY 传输类型
时,地址和控制信号必须反映突发中的下一次传输。只
有未定义长度的突发才能将 BUSY 传输作为突发的最后
一个周期。从设备必须始终为 BUSY 传输提供零等待状态
OKAY 响应,并且从设备必须忽略该传输。
2’b10 NONSEQ:指示突发的单次传输或第一次传输。地
址和控制信号与先前的传输无关。总线上的单个传输被
视为长度为 1 的突发,因此传输类型为非连续传输。
2’b11 SEQ:突发中的剩余传输是顺序的,地址与前一次
传输有关。控制信息与上一次传输相同。该地址等于前
一次传输的地址加上传输大小(以字节为单位),传输
大小由 HSIZE[2:0]信号表示。在 wrapping
突发的情况下,
传输的地址 wrap 在地址边界处。
HWDATA[31:0] Slave
由 master 提供到总线上要写入的数据, 建议最小数据总线宽
度为
32
位。然而,这可以扩展以实现更高带宽的操作
HWRITE Slave
传输类型,1'b1 表示写传输,1'b0 为低表示读传输, 它必须
在整个突发传输过程中保持恒定
2.3 Slave signals
Resigter Destination Description
HRDATA[31:0] Multiplexor
在读取操作期间,读取数据总线将数据从选定的从设备传输
到多路复用器。然后多路复用器将数据传输到主机建议最小
数据总线宽度为 32 位。然而,这可以被扩展以实现更高带宽
的操作。
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