AMBA总线APB、AHB、AXI（详细）总结附实例便于快速掌握

一、简介

本文主要介绍APB、AHB和AXI总线的相关内容，同时对比三种总线的差异，附图和应用场景方便读者快速掌握。

二、具体内容

AMBA总线的系统架构：其中APB总线是AHB总线的扩展，方便外设连接到系统总线上，AHB和APB之间有一个转接桥来进行连接。

对于AMBA协议，APB的信号都是以P开头，AHB的信号都是以H开头，而AXI的信号都是以A开头。

2.1 APB

APB的全称为Advanced Peripheral Bus高级外围总线，是一种优化的，低功耗的，精简接口总线，可以技术多种不同慢速外设；主要应用在低带宽的外设上，如UART、 I2C和SPI，除了连接低速外设之外，APB总线还广泛用于配置各种IP的寄存器（这些IP预留用户控制信号，由软件进行配置，这个时候就可以选择使用APB总线来配置这些寄存器）。
APB协议不支持流水线设计，它主要应用在低带宽设计需求的接口中，高性能带宽需求可以使用AXI总线。APB协议的实现与时钟沿对齐，以简化外设接口的设计。每次传输至少需要消耗两个时钟周期。
总结特点如下：
1、低成本；
2、低功耗；
3、低带宽；
4、无流水线结构；
5、所有信号的跳变仅与时钟上升沿相关；
6、每次传输至少需要两个时钟周期。

2.2 AHB

AHB (Advanced High-performance Bus) 高级高性能总线，用于高性能、高时钟频率的系统模块，典型的应用如ARM核与系统内部的高速RAM、NAND FLASH、DMA、Bridge的连接。
AHB总线强大之处在于它可以将微控制器（CPU）、高带宽的片上RAM、高带宽的外部存储器接口、DMA总线控制器，以及各种AHB接口的控制器等连接起来构成一个独立的完整SOC系统，还可以通过AHB-APB桥来连接APB总线系统。
AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的Mux、从模块到主模块的Mux、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。具体结构如下图所示。

AHB总线具有两级流水操作，包括地址周期和数据周期的两级流水线处理。第一个周期读地址，第二个周期写数据，用流水线操作处理，在第二个周期写数据的同时读另一个地址，这样在下一个周期就可以直接写数据，读地址写数据同时进行，这样两周期的操作在流水线开始后每周期都能写一个数据。

总结特点如下：
1、Burst传输；
2、Split事务处理；
3、单周期master移交；
4、单一时钟沿操作；
5、无三态；
6、更宽的数据总线配置（64/128）；
7、流水线操作；
8、可支持多个总线主设备（最多16个）。

2.3 AXI

AXI (Advanced eXtensible Interface) 高级可拓展接口，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。

AMBA版本	AXI版本	ACE版本
AMBA3	AXI3	\
AMBA4	AXI4、AXI4-Lite	ACE、ACE-Lite
AMBA5	AXI5、AXI5-Lite	ACE5、ACE5-Lite、ACE5-LiteDVM

多个master和slave连接在一起构成的典型系统如下：

总结特点如下：
1、地址/控制操作与数据操作分离；
2、使用byte strobes (字节选通) 信号实现非对齐数据传输；
3、使用burst传输 (突发传输) 时只需要发送首地址，便可以发送一段数据读数据和写数据通道独立，从而支持DMA (low-cost Direct Memory Access)；
4、支持outstanding功能，可以发送多个地址进行读写；
5、支持out-of-order传输；
6、Permits easy addition of register stages to provide timing closure。

三、总线对比

3.1 总体对比

总线	功能	通道	主从设备	数据操作
APB	APB是高级外围总线	单通道总线，不支持读写并行	单主设备多从设备，主设备就是APB桥，不具有仲裁机制	不支持
AHB	AHB是先进的高性能总线	单通道总线，不支持读写并行	多主/从设备，且通过仲裁机制实现总线控制权的分配	支持突发传输
AXI	AXI是先进的可扩展接口	多通道总线，总共分为五个通道，能够实现读写并行	多主/从设备，且通过仲裁机制实现总线控制权的分配；	支持突发传输，数据非对齐操作

3.2 部分功能差异

具体内容详细说明：
1、AHB突发传输与AXI突发传输的区别：
AHB协议需要一次突发传输的所有地址，地址与数据锁定对应关系，后一次突发传输必须在前次传输完成才能进行；
AXI只需要一次突发的首地址，可以连续发送多个突发传输首地址而无需等待前次突发传输完成，并且多个数据可以交错传递，此特征大大提高了总线的利用率；

AHB总线与AXI总线均适用于高性能、高带宽的SoC系统，但AXI具有更好的灵活性，而且能够读写通道并行发送，互不影响；更重要的是，AXI总线支持乱序传输，能够有效地利用总线的带宽，平衡内部系统。因此SoC系统中，均以AXI总线为主总线，通过桥连接AHB总线与APB总线，这样能够增加SoC系统的灵活性，更加合理地把不同特征IP分配到总线上。

四、其他相关链接

1、PCI总线及发展历程总结

2、SPI协议详细总结附实例图文讲解通信过程

3、I2C总线内容总结分享