APB协议

发布时间 2023-12-11 11:18:36作者: hc_zheng

现主要应用为APB2.0与APB3.0协议

APB是低成本的接口协议,可以实现低功耗以及精简的接口设计降低接口设计的复杂度,他不支持流水线设计,主要用于低带宽的传输,且每次传输至少小号两个时钟周期

首先是APB协议的优点:

  • 易于实现高频操作;
  • 性能与时钟占空比无关;
  • 静态时序分析简单;
  • 易于与基于上升沿的寄存器访问;
  • 易于集成到基于周期的仿真器中。

APB2.0与APB3.0的区别?

APB3.0增加了PREADY信号与PSLAVERR信号

APB2.0

信号列表:

 

状态机:

  • IDLE: PSELx和PENABLE都为0,表明master和slave之间无通信请求,因此处在该状态。
  • SETUP:当master和某一个slave之间准备进行数据传输时,会进入该状态,这时PSELx=1,PENABLE=0。意思是master选中某一个slave告诉slave我准备要和你交换数据啦,请你准备好!这个状态会保持一个时钟周期然后进入ENABLE状态。这个状态可以直接给wdata。
  • ENABLE:这个时候PENABLE拉高,master和某一slave进行数据传输,持续一个时钟周期。这个状态开始等待rdata。

在自己写master时,就按照这个状态输出控制信号就可以了。

 

APB2.0写操作:

  • T1~T2:这个阶段master和某一slave无交互数据,因此处于IDLE状态。
  • T2:在该时刻,master准备将数据写入某一slave中,因此进入SETUP状态,同时把某一slave的PSEL信号拉高,PWRITE信号拉高,这表示master告诉某一slave:我即将要和你进行数据传输,是我把数据写到你里面,请你准备好!同时改变PADDR和PWDATA信号,这是为了满足下个上升沿的时序。
  • T2~T3:保持一个时钟周期。
  • T3:此时将PENABLE信号拉高,真正将wdata写到addr。
  • T3~T4:保持一个时钟周期。
  • T4:数据传输结束,再次回到初始状态。

 

APB2.0读操作:

  • T1~T2:这个阶段master和某一slave无交互,因此处于IDLE状态
  • T2:在该时刻,master准备从某一slave中读取数据,因此进入SETUP状态,同时把某一slave的PSEL信号拉高,PWRITE信号拉低,这表示master告诉某一slave:我即将要和你进行数据传输,是我要读你的数据,请你准备好!同时改变PADDR,这是为了满足下个T4采样沿的时序。
  • T2~T3:保持一个时钟周期。
  • T3:此时将PENABLE信号拉高,表示master正式把某一slave之中的数据读出来,注意,数据在ENABLE周期末尾的时钟上升沿被采样,也就是T4时刻。
  • T3~T4:保持一个时钟周期。
  • T4:数据传输结束,再次回到初始状态。

APB3.0:

APB 3.0协议是在APB 2.0协议的基础上新加了2个信号,PREADY和PSLVERR组成的;PREADY信号是slave设备用来表示slave是否准备好的信号,PSLVERR是表示slave接收的数据是否有误。

信号表:

APB3.0 写操作,无等待状态

该种情况和APB2.0没有任何区别,当PENABLE拉高后,会检查PREADY是否拉高,如果拉高表示slave当前准备好了数据传输,则在上升沿3将数据写给salve。

APB3.0 写操作,有等待状态

  

如果PENABLE拉高后,发现PREADY没有拉高,则表示slave还没有准备好数据传输,这时所有信号保持不变直到PREADY拉高,在上升沿5将数据写入。

APB3.0 读操作,无等待状态

该种情况和APB2.0没有区别,与写操作无等待类似,不再细说

APB3.0 读操作,有等待状态

当PENABLE拉高后,发现PREADY信号还没有拉高,表示slave还没有准备好,这时会等待直到PREADY信号拉高,在上升沿6时刻采样数据

APB3.0错误反馈

PSLVERR来指示APB传输上的错误情况。读取和写入事务都可能发生错误。当PSEL,PENABLE和PREADY均为高电平时,仅在APB传输的最后一个周期内才认为PSLVERR有效,其他时间不考虑PSLVERR。

写操作

在前面的有等待的写操作的基础上,添加PSLVERR,也就是在T4时刻采样,发现PSEL,PENABLE和PREADY均为高电平的前提下,PSLVERR为高,说明这次数据传输有错误。软件决定后续行为。

读操作

在前面的有等待的读操作的基础上,添加PSLVERR,也就是在T5时刻采样,发现PSEL,PENABLE和PREADY均为高电平的前提下,PSLVERR为高,说明这次数据传输有错误。软件决定后续行为。

APB协议的应用场景

APB因为其面积小,接口少,经常用在外设上,为什么呢?

因为soc上外设很多,包括spi,i2c,uart,timer,wdt等,他们对时钟要求不高,如果使用APB接口,可以省面积,降低芯片的复杂度。这也是为什么外设优先的标准接口是APB。

这里主要讲一些APB在SOC上的特殊用法。

  • 某些IP预留用户控制信号,我们需要用寄存器控制此信号,一般soc每个子系统都会有一个模块专门做这个事情,这是就可以选择APB接口用来配置这些寄存器。
  • 某些IP,例如SRIO,serdes预留用户配置接口,synosys叫做cr配置口,用于配置或者debug。这时候我们可以自己写一个APB2CR的桥。
  • 核间通讯模块。通过写寄存器产生中断输出,这时候可以使用APB接口,因为中断发生次数少,无性能要求,可以使用APB,简单。
  • APB转sram接口或者APB转fifo。某些模块对外接口是sram,需要我们使用转接桥,根据性能我们选择使用合适的AMBA总线;自研模块数据缓存时,涉及到异步处理,这时候可能用到APB转FIFO的设计。

但是他也有局限,带宽低且不支持pipeline,所以module有这些要求不要使用APB。