引言

    随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字ic从基于时序驱动的设计方法，发展到基于ip复用的设计方法，并在soc设计中得到了广泛应用。在基于ip复用的soc设计中，片上总线设计是最关键的问题。为此，业界出现了很多片上总线标准。其中，由arm公司推出的amba片上总线受到了广大ip开发商和soc系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。amba规范主要包括了ahb(advanced high performance bus)系统总线和apb(advanced peripheral bus)外围总线。

    amba片上总线

    amba 2.0规范包括四个部分：ahb、asb、apb和test methodology。ahb的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。amba已不仅是一种总线，更是一种带有接口模块的互连体系。下面将简要介绍比较重要的ahb和apb总线。

    ahb简介

    ahb主要用于高性能模块(如cpu、dma和dsp等)之间的连接，作为soc的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作；非三态的实现方式；支持突发传输；支持分段传输；支持多个主控制器；可配置32位~128位总线宽度；支持字节、半字节和字的传输。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)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy slave)、虚拟主模块(dummy master)所组成。其互连结构如图1所示。

    apb简介

    apb主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如uart、1284等，它的总线架构不像ahb支持多个主模块，在apb里面唯一的主模块就是apb 桥。其特性包括：两个时钟周期传输；无需等待周期和回应信号；控制逻辑简单，只有四个控制信号。apb上的传输可以用如图２所示的状态图来说明。

    1)系统初始化为idle状态，此时没有传输操作，也没有选中任何从模块。

    2)当有传输要进行时，pselx＝1，penable＝0，系统进入setup状态，并只会在setup 状态停留一个周期。当pclk的下一个上升沿时到来时，系统进入enable 状态。

    3)系统进入enable状态时，维持之前在setup 状态的paddr、psel、pwrite不变，并将penable置为1。传输也只会在enable状态维持一个周期，在经过setup与enable状态之后就已完成。之后如果没有传输要进行，就进入idle状态等待；如果有连续的传输，则进入setup状态。

    基于amba的片上系统

    一个典型的基于amba总线的系统框图如图３所示。

    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