AMBA协议——APB协议

简介

AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture） 总线是由ARM公司提出的一种开放性的片上总线标准，它独立于处理器和工艺技术，具有高速度低功耗等特点。

系统芯片中各个模块之间需要有接口来连接；
总线作为子系统之间共享的通信链路；

其优点：低成本，方便易用
缺点：容易有性能瓶颈

一、APB协议

APB2 ：AMBA 2 APB
APB3 ：AMBA 3 APB，比 APB2 多两个信号（PREADY , PSLVERR）
APB4 ：AMBA 4 APB，比 APB3 多两个信号（PPROT , PSTRB ）
（可参考原文链接：https://blog.csdn.net/qq_43244515/article/details/124968189）

APB(Advanced Peripheral Bus)，高级外设总线。APB总线协议是ARM公司提出的AMBA总线结构之一，是一种片上总线结构。从AHB/ASB总线到APB总线需要通过 桥接器（Bridge） 进行互联。

  APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、IIC等，它的总线架构不像AHB支持多个主模块，在APB里面没有仲裁器，APB 桥是唯一的主模块。其特点：
  （1）低带宽；高性能；
  （2）非流水作业，至少需要两个时钟周期传输，且数据均在时钟上升沿变化；
  （3）无需等待周期和回应信号；
  （4）控制逻辑简单，只有四个控制信号，且APB上的传输可采用状态机表示。

二、APB总线介绍

应用于慢速外设，如UART、键盘等，不需要AHB总线体系中的Arbiter与Decoder。
Arbiter为仲裁器，决定哪个Master工作。Decoder为译码器，决定Master与哪个Slave进行数据传输。

2.1 接口主要信号

（下图为APB3接口，即为APB2+PREADY信号+PSLVERR信号）

2.2 APB总线传输介绍（时序部分）

2.2.1状态机

从状态机看,APB对每一笔数据的传送，均需花 2 个周期的时间，且 APB 的数据传递不适用在有流水线架构的模块设计中。

2.2.2 APB2 写操作
下图表示APB基本的写操作

在 T1 时，有限状态机进入预设的 IDLE 状态；
在 T2 时，数据地址、读写控制信号和写入的数据会在频率正沿触发时，开始作写的数据传递准备，这个周期也就是刚才所提及SETUP状态。译码电路在此状态会根据数据地址去译码出所要写入APB Slave，此时所对应到 S 的 PSEL 信号将由 0 变 1；
在 T3 时，有限状态机会进入 ENABLE 状态，PENABLE 信号在此状态会被设成 1；
在 T4 频率正沿触发时，PENABLE 信号将由 1 变 0，而 PSEL 信号在若没有其它数据的写入动作时，也将由 1 变 0。为了减少功率的消耗，APB 的数据地址和读写控制信号在下一笔数据传递前，将不会作任何改变。

2.2.3 APB2 读操作

由图中可发现除了写信号是倒过来有效外，APB 读操作时序图和写操作时序图非常相似，在这里我们就不再作详细的解释。
要特别注意的是，在 T3 后，也就是在进入 ENABLE 周期后，APB 从必须要将 M 所要读取的数据准备好，以便 M 可以在 ENABLE 周期末被 T4 正时钟沿触发时正确的将数据读取。

2.2.5 APB3 写操作

1. 在T0~T1阶段，所有总线处于IDLE状态。
2. 在T1~T2阶段，第一个时钟周期，处在Setup phase状态。T1时刻，PADDR、PWRITE、PWDATA变化，PSEL拉高，即Master把这些数据发送到总线上。
3. 在T2~T3阶段，第二个时钟周期，处在Access phase状态。T2时刻，这个时候对应的Slave接收到Master发送过来的地址和写控制命令，此时Slave得知Master要准备发数据过来了，做好准备。
4. T3时刻，采到 PENABLE 为高电平,但是 PREADY 为低电平，表示Master数据还没准备好。
5. T5时刻，采到 PENABLE & PREADY 为高电平，表示Master在这一时刻之前一次写操作已经完成，Master回到IDLE状态，而Slave把数据取走。

2.2.5 APB3 读操作

1. 在T0~T1阶段，所有总线处于IDLE状态。
2. 在T1~T2阶段，第一个时钟周期，处在Setup phase状态。T1时刻，PADDR、PWRITE、PWDATA变化，PSEL拉高，即Master把这些数据发送到总线上。
3. 在T2~T3阶段，第二个时钟周期，处在Access phase状态。T2时刻，这个时候对应的Slave接收到Master发送过来的地址和读控制命令，此时Slave得知自己要将这个地址反馈给Master了。
4. T3时刻，采到 PENABLE 为高电平,但是 PREADY 为低电平，表示Slave数据还没准备好。
5. T5时刻，采到 PENABLE & PREADY 为高电平，表示Master这一时刻之前一次读操作已经完成，Master回到IDLE状态。

2.2.5 APB4 读写操作

三、APB总线介绍

3.1 Function descripton

apb桥实现了将上游的数据转换成AMBA 3 APB协议发送出去，并接收读到的数据。

3.2 Interface description

1. 系统工作时钟50Mhz，异步复位。
2. 采用 APB3 协议标准，无需错误指示。
3. cmd_i，56bit；[55:48]:r/w；[48:32]：paddr；[31:0]：pwdata。
   

参考文献：
https://blog.csdn.net/qq_43244515/article/details/124968189
https://blog.csdn.net/vivid117/article/details/107511746