SOPC设计中的两种片上总线分析与比较

片上总线是SoC（系统级芯片）设计中的关键技术，用于将IP核（Intellectual Property cores）连接起来，实现数据通信。片上总线规范定义了IP核间交互的协议，包括初始化、仲裁、请求传输、响应和数据发送接收等关键操作过程中的驱动、时序和策略关系。 片上总线与传统总线体系的主要区别在于，传统总线体系中仲裁器控制一个或多个总线主设备与从设备的通信，主设备必须首先获得总线控制权才能进行数据传输。而片上总线由于在同一个芯片上实现，无需驱动印制板上的信号和连接器，因而使用起来更简单，数据传输速度更快。片上总线通过并发多主设备的方式，消除了一次只能有一个主设备访问总线的带宽瓶颈，从而提高了系统带宽。 AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线是专为高性能嵌入式系统设计的片上总线体系，与处理器和制造工艺技术无关。AMBA总线规范2.0版定义了三种可以组合使用的总线体系：APB（Advanced Peripheral Bus）、ASB（Advanced System Bus）和AHB（Advanced High-performance Bus）。其中，AHB作为主要形式，适用于CPU、片内存储器、DMA设备和DSP等高性能、高时钟频率的系统。AHB支持并发多主设备访问，并提供了多种数据传输方式。ASB在功耗和性能上进行了权衡，同样支持高速设备，但与AHB不同的是它采用同一数据总线进行读写操作。APB则用于低速、低功耗的外设，并且只支持一个总线主设备。 在实际应用中，Excalibur器件嵌入ARM922T处理器使用AHB1和AHB2两种总线来分别处理高速和低速外设，优化了系统性能。该总线体系通过桥接器将ARM922T处理器和可编程逻辑器件（PLD）中的外设连接起来，同时在总线上有片上存储器单元，确保了数据传输的高效性和准确性。 Avalon总线是Altera公司为SOPC设计提供的另一种片上总线协议。它规定了主从构件之间的端口连接和通信时序关系，其目的在于优化处理器和外设间的数据流，提高系统的吞吐量。Avalon总线支持并发多主设备访问，具有自动生成仲裁机制和可配置特性，允许系统设计者根据实际应用需求裁剪总线体系，以达到最佳系统性能。在基于Nios或NiosII处理器核心的系统中，Avalon总线通过可编程逻辑器件内部实现不同IP模块之间的高效通信。 综合以上内容，片上总线技术为SOPC设计提供了灵活高效的数据通信机制。AMBA和Avalon两种不同的总线协议，各有优势，AMBA总线强调的是高性能和可扩展性，而Avalon总线则注重简单性和可配置性。设计者可以根据具体的应用场景和性能需求选择合适的片上总线技术，从而实现最佳的系统设计。