AHB-Lite总线协议

       这是我的第一篇文章分享，以后我有时间就会做一些项目来分享，我希望这是一个菜鸟走上高手的征程。

AHB-Lite总线协议

AHB特性：Burst传输、单边操作、非三态、宽数据位。其是为高性能、高频率系统而设计，对于低带宽外围器件可以连接到APB总线。（通过桥接）。

对于多个Mster和Slave的AHB总线结构由四个部分组成：Mster设备、Slave设备、地址译码器、仲裁器。但是，目前AHB总线多用于一个MASTER对多个Slave，此时仲裁器替换为多路选择器。下将详解一个MASTER和多个SLAVE的传输过程。

信号描述：

全局信号：

HCLK:总线时钟

HRESETN:总线复位信号，低电平有效。

Mster信号：

HADDR:32位系统地址总线。

HBURST[2:0]: 传输类型指示，支持固定长度4、8、16拍。总数据量等于拍数×每一拍数据大小。

HMASTLOCK:为高时表示当前传输是锁定序列的一部分。与地址和控制信号具有相同时序。

HPROT:保护控制信号提供额外的关于总线访问的信号，主要用在一些需要调用某种级别保护的Slave模块。

HSIZE:传输大小。

HTRANS:传输类型，可以有四种方式。

HWDATA:写数据。

HWRITE:表示传输方向，高为写传输，低为读传输。

Slave信号：

HRDATA:读数据信号。

HREADYOUT:为高时，表示传输在总线上结束。该信号可以通过拉低来对传输进行延迟扩展。

HRESP::传输响应。为低表示传输状态正常；为高表示传输状态错误。

译码器信号：

HSEL:每个Slave都拥有对应的HSEL信号，当Slave被选中，就会将对应的HSEL信号拉高表示被选中。

多路转换器信号：

HRADATA:读数据传输。

HREADY:为高时，提示Mster和所有的Slave，先前的传输完成。

HRESP:传输响应，由译码器选择。

系统解释：

图示是一个MASTER和三个SLAVE的系统：

内部逻辑生成了一个地址解码器和多路选择器。

接下来分别从master和slave来讨论对应的信号接口：

MASTER:

SLAVE：

传输：

传输共有三种模式：

单一传输

递增爆发，地址边界不回环传输

回环Burst传输，在特殊的地址边界回环

传输方式为，一个周期传输地址，一个周期传输数据。

包含两个相位：

Address：保持一个HCLK周期，除非被前一个总线传输进行了扩展。

DATE： 或许需要若干个HCLK周期。使用HREADY信号（拉低）来控制完成传输所需要的周期。

最简单的传输包含一个地址周期和一个数据周期。

单一传输：

最简单的读传输如图：

 写传输：

这是一个简单传输，没有等待状态。在第一个HCLK时，Master驱动地址和控制信号到总线上，在第二个周期Slave采集到了对应的信号，便开始驱动HREADY做出响应，Master将在第三个HCLK上升沿采集到该响应。

Slave可以插入等待状态到任何传输中，图示为两个等待状态的读传输：

 

下图为具有一个等待状态的写传输：

可以看到，在写操作中，Master必须在整个扩展周期中保持数据稳定。

在读操作中，Slave在传输快要结束时提供有效数据。

传输类型：

HTRANS【1：0】控制传输类型，共有四种方式。

IDLE：表示无数据传输。

BUSY：表示Master处于忙碌状态，用于在burst中插入发送的等待延时。

NONSEQ：表示一个单个的传输或者是burst传输中的第一拍数据，NONSEQ地址与之前的传输没有关系，表示一笔新的传输。

SEQ：表示处于burst传输状态中，发送的地址与之前的地址是有关系的。

T0-T1开始进行使用一个NONSEQ传输的4拍（HBURST）读取操作。

T1-T2：Master无法执行第二拍，因此插入一个BUSY来延迟第二拍的开始，Slave为第一拍提供数据。

T2-T3：Master现在准备开始第二拍，一个SEQ传输被定义，同时Master将忽略Slave传输的任何数据。

T3-T4：Master执行第三拍传输，Slave为第二拍提供读取数据。

T4-T5：Master现在准备执行最后一拍，Slave无法结束传输，通过HREADY拉低插入一个等待状态。

T5-T6：Slave为第三拍提供读取数据。

T6-T7：Slave为最后一排提供读取数据。

锁定传输：

HMASTLOCK信号拉高可以锁定访问。该信号告知其他的Slave当前的传输序列不允许被打断。

大部分Slave不需要HMASTLOCK，但是当处于多个Master系统中，一个Slave可能被多个Master访问，就必须调用HMASTLOCK。

图示：

传输大小：

HSIZE【1：0】定义了传输数据的大小：

传输大小必须小于或等于数据总线宽度。

Burst操作：

Burst传输有两种：递增Burst访问连续位置，每个传输地址都是前一个地址的递增。回环Burst当地址到达边界时回卷。

HBURST【2：0】控制着传输类型：

单笔传输SIGNAL，回环传输WRAP，不定长传输INCR，定长的递增传输INCR。

Burst大小表示拍数。而不是传输的字节数。

BURST举例：

四拍回环传输：WRAP4

因为该Burst是一个4拍Burst，所以在地址16byte的边界回环，0x3c接下来是0x30。

四拍递增：INCR4

这种情况下，地址不回环。

八拍递增：INCR

注意，这个是半字传输，所以地址递增为2.

在传输等待期间改变传输类型：

图示为在等待传输期间（HREADY拉低），改变传输类型，要注意当Slave等待状态时，Master不能改变传输状态，除非是IDLE传输、BUSY传输。

上图所示是SINGLE Burst的一个等待传输，传输类型由IDLE改变为NONOSEQ。

保护控制：

保护控制信号HPROT[3：0]，提供总线访问的额外信息，主要用作某些级别的保护。

该信号可以针对不同的传输类型进行控制。Hprot[1],[0]，表示数据指令传输以及相关的优先级顺序。Hprot[2]用来指示是否为缓冲器传输。

总线互连：

地址解码：

多路转换器：

Master驱动地址和控制信号到所有的Slave，由解码器选择对应的Slave。任何来自Slave的响应，都通过数据多路转换器发送到Master。

SLAVE响应：

Slave传输响应：

Slave必须提供一个响应来表示传输状态。由HRESP来完成。

那么HRESP和HREADY的关系是什么呢？见下图：

那么Slave有三种方式完成传输：

立即完成传输

插入等待状态提供额外时间完成传输

发送错误响应来指示传输失败

传输完毕：

当HREADY置高并且HRESP为OKAY时，表示传输完毕。

ERROR响应：

OKAY响应耗用一个周期，但是ERROR响应需要两个周期。

要开始一个ERROR响应，SLAVE驱动HRESP为高，然后驱动HREADY为低获得额外的一个周期，在下一个周期，HREADY驱动为高来结束传输，HRESP仍旧保持高来表示ERROR。

之所以需要两个周期是考虑到总线的流水线结构。使得Master在下一次传输开始前有时间取消下一次访问，并驱动HTRANS为IDLE。

具体情形如下图：

T1-T2周期插入一个等待状态（HREADY为低），并提供一个OKAY响应，在T2-T3，Slave发出ERROR响应这是第一个响应，因为HREADY为低，T3-T4，SLAVE发出一个ERROR响应，这是第二个响应，紧接着MASTER将传输类型转换为IDLE，这将取消对B的传输，同时T4-T5周期，SLAVE发出OKAY响应。