笔记——传说中的AMBA总线是什么？AHB、AXI、APB的区别与联系

目录

一、传说中的AMBA总线是什么？

二、为什么要使用AMBA总线

 三、AXI主要特点

四、几中AMBA总线AHB、AXI、APB相关性能的区别与联系

总结

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一、传说中的AMBA总线是什么？

IoT(物联网)Internet of Things

下图是一个典型的AMBA系统。

典型AMBA系统

大多数挂在总线上的模块(包括处理器)只是单一属性的功能模块：主模块或者从模块。主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB／APB 桥等。

另外，还有一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块。如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。

虽然仲裁规范是AMBA总线规范中的一部分，但具体使用的算法由RTL设计工程师决定，其中两个最常用的算法是固定优先级算法和循环制算法。AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构(具体参阅ARM公司推出的Multi-layer AHB规范)。APB 桥既是APB总线上唯一的主模块，也是AHB系统总线上的从模块。其主要功能是锁存来自AHB系统总线的地址、数据和控制信号，并提供二级译码以产生APB外围设备的选择信号，从而实现AHB协议到APB协议的转换。

AMBA AHB循环级建模标准是完全公开和免费的。

二、为什么要使用AMBA总线

 

 

 

 

 三、AXI主要特点

1.分离的读写通道

2.支持outstanding交易

 

3.地址与数据操作之间没有严格的时序关系

4.支持未对齐传输

5.支持乱序交易

四、几中AMBA总线AHB、AXI、APB相关性能的区别与联系

AHB增量burst地址每一拍都会给，实际快速传输响应的比如一拍传输只关心是不是NONSEQ和SEQ。

AXI增量burst传输只需要给首地址就能继续后续传输。

HADDR没有分读和写的ADDR？

AHB不是全双工的，读写是不可以同时进行的。所以性能上比AXI一般来讲是要弱的。

AHB：主要是针对高效率、高频宽及快速系统模块所设计的总线，它可以连接如微处理器、芯片上或芯片外的内存模块和DMA等高效率模块。

APB：主要用在低速且低功率的外围，可针对外围设备作功率消耗及复杂接口的最佳化。APB在AHB和低带宽的外围设备之间提供了通信的桥梁，所以APB是AHB或ASB的二级拓展总线。

AXI：高速度、高带宽，管道化互联，单向通道，只需要首地址，读写并行，支持乱序，支持非对齐操作，有效支持初始延迟较高的外设，连线非常多。

总线	AXI	AHB	APB
总线宽度	8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024	32, 64, 128, 256	8, 16, 32
地址宽度	32	32	32
通道特性	读写地址通道、读写数据通道均独立	读写地址通道共用读写数据通道	读写地址通道共用读写数据通道 不支持读写并行操作
体系结构	多主/从设备 仲裁机制	多主/从设备 仲裁机制	单主设备（桥）/多从设备 无仲裁
数据协议	支持流水/分裂传输 支持猝发传输 支持乱序访问 字节/半字/字 大小端对齐 非对齐操作	支持流水/分裂传输 支持猝发传输 支持乱序访问 字节/半字/字 大小端对齐 不支持非对齐操作	一次读/写传输占两个时钟周期 不支持突发传输
传输方式	支持读写并行操作	不支持读写并行操作	不支持读写并行操作
时序	同步	同步	同步
互联	多路	多路	无定义

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总结

AXI突发式读写的地址必须以4KB对齐。1024Byte(字节)=1KB

 AXI协议中之所以规定一个burst不能跨越4K边界是为了避免一笔burst交易访问两个slave（每个slave的地址空间是4K/1K对齐的）。假如一个burst交易访问了两个slave A 和B（A在前B在后），那么只有A收到了地址和控制信息，而B不会收到地址和控制信息，因此只有A响应B并无响应，这就会导致此笔burst交易无法完成（B无法返回最后一笔transfer）。因此如果你必须确定系统中所有slave中地址空间最小的那一个，假设是1M，这样你的burst边界可以大于4K至1M。

所谓的4K边界是指低12bit为0的地址，例如32'h00001000, 32'h00002000... 这些特殊的地址我们称之为4k边界；同理1k边界是指低10bit为0的地址，例如32'h00000400,32'h00000800...

4K对齐最大原因是系统中定义一个page大小是4K。所以，为了更好的设定每个slave的访问attribue，就给一个slave划分4K空间。 4K对齐，以32位地址为例，[31:12]相等的地址都是同一个page，没有跨4K边界。 即[11:0] 可以为0~0xFFF. 例如0x1000和0x2000就是在不同的page，跨了4K边界。0x1000和0x1FFF则是在同一个page，没有跨4K边界。同理，0x1FFF和0x2000则跨了4K边界，虽然他们是相邻的byte。 再说到一次burst没有4K大小，但是如果起始地址是0x1FFC, INCR模式，会跨边界吧？ 1K对齐，就是说 [31:10]相等的地址都是在一个1K对齐的空间内。 至于真的跨越了，就拆分。例如处理器load多个数据，就是跨页访问，到了接口控制模块，也会把这一个访问拆分成两个访问。在interfere上的都是符合协议的transaction。例如，core要访问0x1FF0-0x200C共32byte的数据（每次beat 4B）。系统会自动给拆分成0x1FF0-0x1FFC和0x2000-0x200C两个transaction。

ARM对AHB burst这样设计的目的是在于，SLAVE的地址访问空间基本都是以1KB为单位的，当AHB以burst方式传输时，为了避免错误的访问到其他的Slave空间而造成系统致命错误，因此在burst传输时限制1KB，若需要跨1KB边界时，需要重新initial一个新的传输。

在AHB划分系统时，最小的地址空间为1KB，即slave至少地址空间是1k，或者2K，或者1M等。这样，当AHB访问地址空间时，因为地址空间对其的原因，就不会恶意的访问到其他的地址空间。

cpu发出这样的请求时，AHB会自动的将其转换为1KB，1KB的传输格式，可以根据其地址区间是否跨越对齐的000来判断。

AHB突发式读写的Master,BURST传输不能跨越1K边界，比如到3xC 不能跨越到400地址，用NONSEQ重新开始一个新的传输，slave最小是1k,或者是1k的倍数。