AMBA-AXI、AHB、APB协议简介0919.pdf资源-CSDN文库

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一、AMBA 简介

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1、AMBA 的历史脉络

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2、AMBA 发展历程

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二、AXI 协议

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1、AXI 简介

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2、AXI 的特性

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3、AXI 结构

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4、AXI 传输通道

................................................................................................... 7

5、AXI 信号

........................................................................................................... 9

6、AXI 握手机制

................................................................................................. 16

7、AXI 各通道依赖关系

..................................................................................... 17

8、AXI 传输

......................................................................................................... 19

9、AXI4 与 AXI3 的区别

..................................................................................... 26

10、事务处理

...................................................................................................... 27

11、事务标识符

.................................................................................................. 27

12、 AXI 排序模式

............................................................................................. 27

13、原子操作

.................................................................................................... 27

14、附加信号

.................................................................................................... 28

15、默认信号与互联

........................................................................................ 28

三、AHB 协议

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1、AHB 简介

......................................................................................................... 28

2、AHB 总线特点

................................................................................................. 29

3、AHB 结构

........................................................................................................ 29

4、AHB-Lite 结构

............................................................................................... 30

5、AHB 信号

......................................................................................................... 30

6、AHB 传输

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7、解码器和多路复用器

.................................................................................... 41

四、APB 协议

.............................................................................................................. 42

1、APB 简介

......................................................................................................... 42

2、APB 协议的演进

............................................................................................. 42

3、APB 协议的特点

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4、APB 信号

......................................................................................................... 44

5、APB 传输

......................................................................................................... 45

6、APB5 增加功能

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AMBA 是由 ARM 公司提出的一套接口协议标准，方便不同模块接入系统互联矩

阵，同时用于指导 ARM 生态下的 IP 标准封装。从 1997 年发布的 AMBA 到现在的

AMBA5，共有 5 个版本的演进，具体介绍如下：

a、第一代总线：是 1997 年发布的 AMAB 标准。主要包括两种总线协议，Advanced

System Bus (ASB) 和 Advanced Peripheral Bus (APB). 此时的定位是 ASB 作

为高性能总线，满足高性能处理器的需求，支持 pipeline 与多 master 操作。APB

作为低速总线，属于二级总线满足外设与微处理器的通信需求。

b、第二代总线：是 1999 年发布的 AMBA2 标准。ARM 增加了 AMBA High-performance

Bus (AHB)协议。AMBA2 被广泛应用在 ARM7,ARM9 的设计中，并且现在还一直应

用在 Cortex-M 系列的设计中。在 AMBA2 中，AHB 是 ASB 的一个升级，同样作为

高性能总线除了支持 pipeline 与多 master，还支持 burst 传输和 split 事务处

理。逐渐用 AHB 替代了 ASB 总线，ASB 总线被淘汰，AHB 和 APB 这对组合得到了

广泛的应用。

c、第三代总线：是 2003 年发布的 AMBA3 标准。在第三代总线中，除了增加

AHB-Lite 精简协议，升级了 APB 总线外，为了满足更高的互联性能需求，增加

了 Advanced eXtensible Interface (AXI)，这是一个重要的标志，至此开启了

高性能系统设计的通道，在 AXI 总线的加持下，系统性能得到了质的提升。在

AMBA3 中，同时增加了 Advanced Trace Bus (ATB)总线作为片上调试的总线接口，

为 debug 和 trance 提供一种解决方案。

d、第四代总线：是 2010 年发布的 AMBA4 标准。AMBA4 中对 APB 做了进一步的升

级成为 APB4 协议，另外 AMBA4 中主要增加了 AXI4,AXI4-lite,AXI Stream 协议，

算是针对 AMBA3 的升级，总线的性能得到了进一步的提升，同时针对微处理器的

需求进一步优化了相关协议。在 2011 年又增加了 ACE(AXI Coherency

Extensions)，ACE-Lite 一致性总线，是在 AXI 的基础上为了满足多处理器簇的

一致性需求而制订的系统总线。ACE 可以让不同的处理器簇共享系统内存，比如

ARM 的 big.LITTLE 处理器。它被广泛应用在 ARM Cortex-A9 和 ARM Cortex-A15

处理器中。

e、第五代总线：是从 2013 年开始，一直持续到现在。最重要的是增加了

CHI(Coherent Hub Interface)协议标准，CHI 是一种重新定义与设计的传输层

总线，可以有效的较少通路阻塞。可以说是 ACE 协议的进化版，将所有的信息传

输采用包（packet）的形式来完成。它的架构针对多设备大流量接入时如何保持

高性能做了可伸缩的设计。通过构建更有效的一致性协议传输保证了复杂系统传

输的性能。另外 AMBA5 也陆续升级了其他的协议版本，如

AXI5,ACE5,AHB5,APB5,ATP,DTI 以满足系统的最新需求。

3、AMBA 协议族

a、AMBA CHI ：定义了支持处理器全一致性接口协议。例如在 Cortex-A76 和

Cortex-A65，动态 memory 控制器例如 CoreLink DMC-620，以及高性能无阻塞互

联矩阵如 CoreLink CMN600。它适合广泛应用在需要一致性应用的系统中，包括

移动设备，互联网设备，汽车电子以及数据中心等。CHI 规范对协议层与传输层

做了分离，以满足针对 PPA 的不同设计需求。这种拆分可以允许设计者选择实现

小的高效 cross-bar 结构，或者实现一个高性能大规模的 mesh 网络结构。

b、AMBA AXI and ACE：定义了高性能，高带宽的互联设计协议。被广泛应用在

电信设备，消费电子，互联网，汽车电子以及嵌入式中。

c、AMBA AHB：定义了高性能总线接口协议，AHB 协议被广泛应用在 Cortex-M 系

列的处理器中，适用于高性能，低功耗的系统设计，如一些嵌入式设备或者低延

时的 SoC 外设中。

d、AMBA APB：是一种低功耗，低带宽配置总线，主要应用在在一些低带宽数据

传输以及一些寄存器的配置中。

AMBA AXI-Stream：定义了一种单向数据传输协议，大大减少信号路由时间，实

现数据高速传输。

e、AMBA CXS：定义了一个可信的，非阻塞流接口协议，用于实现点对点的包传

输。针对片上互联和 PCIe 控制器之间的 CCIX 和 CXL 包传输协议进行了优化。CXS

针对宽接口进行了优化，使得数据包可以高速率的传输到外部接口，并且可以将

多个报文合并为一次传输。

f、AMBA ATP(Adaptive Traffic Profiles)：自适应流量配置，是一个综合流

量控制架构，可以方便的实现模型系统 master，slave 在高层次级别简单、有效

的访问内存。这种流量控制架构可以被方便的应用在多种工具以及设计验证环境

中，以满足设计与验证复杂 SoC 系统的需求。实现一种简单高效、方便调节的系

统仿真机制。

g、AMBA DTI(Distributed Translation Interface)：AMBA 分布式传输接口，

主要是应用在系统 MMU (SMMU) 架构中，定义了一种可伸缩的分布式消息传输协

议。主要实现 SMMU 中 TCU 与 TBU，以及 TCU 与 PCIe ATS 的通信。

二、AXI 协议

1、AXI 简介

Advanced eXtensible Interface（AXI）（高级可扩展接口）是为了满足高

性能系统设计而定义的一套独立通道协议，首次是在 2003 年发布的 AMBA3 标准

中出现，经历 AMBA4,目前已经到达 AMBA5 版本。AMBA AXI 协议支持高性能高频

率系统间主从元件间的通讯。因为 AXI3 和 AXI4 协议大部分相同，小部分不同，

在官方文档中也是一起介绍的，所以将一起说明 AXI3 和 AXI4，在两个协议不同

的地方，会突出显示。

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df595420469

2023-07-29

作者对于各种协议的优劣势进行了客观评述，帮助读者更好地选择适合自己需求的协议。

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