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AMBA AHB2APB Bridge

发布时间 2023-06-17 20:09:41作者: 可达达鸭
  • APB到AHB的传输主要包括：读传输、写传输、背靠背传输。

1. 读传输

  • 单个读传输
    • 波形如下，在T1，将地址送到AHB总线上，在T2上升沿采样到HADDR地址信号，组合逻辑判断是APB的某个从机的地址范围，在T2时刻将HADDR赋值给PADDR，并组合逻辑产生APB某个从机对应的片选信号PSEL。
    • 在这篇博客中有介绍：APB的数据传输需要两个时钟周期，当PSEL信号被拉高后，进入SETUP阶段，下一周期将PENABLE信号拉高，进入ACCESS阶段。
    • ACCESS阶段，将被读的数据送到APB总线上，并送到AHB总线上，即PRDATA = HRDATA = Data1。
      • 在系统时钟频率（APB and AHB）要求比较高时，PRDATA位宽如果比较大，那么可能一个APB的时钟周期传送不过去，（例如对于高时钟频率来说，图中PDATA灰色部分占整个周期大部分），那么就需要在T4插入额外的等待时间，以供AHB获取正确的数据。
    • 需要注意，由于APB传输数据需要两个时钟周期，所以AHB的HREADY信号需要在第一个时钟周期拉低，为从机插入等待状态。
  • 突发读传输
    • 波形如下，可以很明显的看出APB总线一个数据的传输需要两个周期，AHB的HREADY信号也要相应的拉低。

2. 写传输

  • 单个写传输
    • AHB传输是流水线，但是APB并不是流水线机制，所以需要将HADDR缓存下来，和HWDATA一起给到APB总线上。所以下面波形图中可以看到T3时刻APB才接收到Data1和Addr1.
    • T3时刻，根据PADDR和组合逻辑，将APB的某个从机的片选信号拉高，APB的写传输也需要两个周期的传输，在第二个周期PENABLE被拉高后，数据才被写入从机中。
  • 突发写传输
    • 观察下面波形，可以看到APB桥需要有两个额外的地址寄存器，例如：对于T5周期来说，PADDR需要保存addr2和addr3。

3. 背靠背传输

  • 背靠背传输是指写传输之后跟着读传输，之后是写传输再之后是读传输。
  • 观察下面波形
    • T1-T2期间，HREADY信号被拉高是因为1之前还有一笔传输的完成，才可以进行1这笔传输。T2-T3拉高，表示数据已经传输给从机（AHB2APB Bridge）。
    • 只有在时钟上升沿采到的HREADY信号为高，才可以更新HADDR和HWDATA。
    • 在T3时刻，数据1和地址1才传送给PDATA和PADDR，需要两个周期，将数据写入从机中。
    • 在T5，已经完成了写传输之后，开始读传输，地址2从APB额外的地址寄存器中读出，消耗两个周期读出从机的数据DATA2。在T6将HREADY信号拉高，在T7采到HREADY信号为高，可以开始新的地址和数据的传输。
    • T8时刻数据3和地址3才准备好，此时才开始写传输，所以读操作需要3个等待时间。
    • T10完成了数据3的写，地址4从APB额外的地址寄存器中读出，消耗两个周期读出从机的数据DATA4。

4. 三态数据总线的实现

  • 三态：0，1，高阻态；一般的门电路输出只会有逻辑1或者0，可能会有个疑惑学习verilog时，还有x态和z态，但x和z是针对仿真设置的，实际电路x不定态一定会以0/1的形式表现。
  • 使用三态门可以得到除0和1之外的高阻态，实际电路并不可能直接将某根线断开，所以是使用三态门给出一个高阻状态的输出。
  • 总线与三态
    • 总线空闲，即其它器件都以高阻态形式连接在总线上；当主机要发起通信时，会驱动总线，发出地址和数据，其它以高阻态形式连接在总线上的器件片选SEL信号拉高后，开始传输，传输完成后，将总线让出，再次变成高阻态。
    • 三态可以有效避免总线上的设备发生冲突。
  • 对于APB总线，可以分别使用读写数据总线实现，但是如果使用三态总线，那么读写数据总线可以合并成一根，因为APB的读写也不会同时发生。合并后的三态总线如下波形图。