【AHB协议解读三】传输（Transfers）

3.1 基本传输

AHBlite传输包含两个阶段：

Address：持续一个HCLK，除非之前的传输未完成而延长
Data：可能需要几个HCLK，通过HREADY信号来控制整个完成周期持续的HCLK个数

HWRITE控制着数据传输的方向：

若为高电平，则表明是写传输，master在写数据总线上传递数据HWDATA
若为低电平，则在slave上体现为读传输，slave必须产生一个读数据HRDATA在读数据总线上

3.1.1 无等待传输

下面是读写两种无等待传输波形，可以看出，在这种最简单的情况下，每笔读写传输包含一个地址cycle和一个数据cycle。

master在HCLK上升沿后，将地址和控制信号驱动到bus上
slave在HCLK的下一个上升沿后，对地址和控制信号进行采样
在slave完成对地址的采样后，它就可以开始驱动合适的HREADY响应，响应将在HCLK的第三个上升沿被master采到

3.1.2 有等待传输

任何一笔传输的地址阶段都发生在上一笔传输的数据阶段。这种地址和数据的重叠（overlapping）对于总线的流水线性质（pipelined nature）至关重要，并且可以实现高性能的操作，同时仍为slave提供足够的时间来提供对传输的响应。slave可以在任何传输中插入等待状态，以使操作完成获得更多的时间。

注意：对于写传输，master在整个扩展周期内保持数据稳定。对于读传输，slave无需提供有效数据，直到传输即将完成。

当以这种方式扩展传输时，它的副作用是延长了下一个传输的地址阶段的时间。
下图显示了到A/B/C三个不相关地址的传输，可以发现：
1.在到地址A和地址C的传输过程中，是没有等待状态的
2.在到地址B的传输过程中的数据阶段有1个等待状态，其影响是地址C的地址阶段被延迟了。

3.2 传输类型（Transfer types）

传输可以被分为四种类型，它们由信号HTRANS[1:0]来表征。

IDLE（b00）：表示不需要数据传输。master在不想执行数据传输时，会使用IDLE类型的传输。一般建议master通过IDLE传输来终止锁定的传输。slave必须始终为IDLE类型传输提供零等待状态的OKAY响应，并且slave必须忽略该传输。
BUSY（b01）：BUSY类型传输使得master可以在burst中间插入空闲周期。这种传输表示master正在继续进行突发操作，但下一次传输无法立即进行。当master用BUSY传输类型时，地址和控制信号必须反映突发中的下一次传输。只有未定义长度的突发可以将BUSY传输作为突发的最后一个cycle，slave必须始终对BUSY传输提供零等待状态的OKAY响应，并且slave必须忽略该传输。
NONSEQ（b10）：表示单次传输或突发（burst）的首次传输。地址和控制信号与之前的传输无关。总线上的单次传输可以被视为长度为1的突发，因此传输类型为NONSEQUENTIAL
SEQ（b11）：突发中的其余传输是SEQUNENTIAL，并且地址与上一次传输相关。控制信息与前一传输相同，该地址等于前一次传输的地址加上传输数据大小（以字节为单位，通过HSIZE[2:0]表征）。在wrapping类型突发的情况下，传输的地址在地址边界自动跳转。

一张图展现四种不同的传输类型
T0~T1：一个4拍的读请求开始于一笔NONSEQ类型传输
T1~T2：master还没准备好第2笔传输，因此插入1拍的BUSY类型传输来延迟第2拍的开始，slave正常提供第1个传输的读数据
T2~T3：master准备好了第2拍，因此会发出SEQ传输的信号。由于上一笔传输是BUSY传输，所以此时master会忽略slave提供的读数据
T3~T4：master发起第3笔传输，slave正常提供第2拍的读数据
T4~T5：master发起最后一笔传输，可是slave还没准备好接收第3笔传输，因此使用HREADY插入单个等待状态
T5~T6：slave准备好，并为第3笔传输提供读数据
T6~T7：slave准备好，并为最后一笔传输提供读数据

3.3 锁定传输（Locked transfers）

如果master要求锁定访问，则它必须声明HMASTLOCK信号。该信号用于向任何slave指示当前传输序列是不可分割的，因此必须在处理任何其它传输事务之前对其进行处理。通常，Locked传输用于确保信号的完整性，以确保slave在两次传输之间不执行其它操作。
下图以微处理器SWP指令的读取和写入为例。

3.4 传输大小（Transfer size）

HSIZE[2:0]信号表示的是传输数据量的大小。

下表为传输大小与HSIZE信号之间的编码关系：

注意：HSIZE设置的传输大小必须小于或等于数据总线的宽度。例如对于32位数据总线，HSIZE只能使用b000，b001或b010。

将HSIZE与HBURST结合使用，以确定用于地址跳转的边界值。
HSIZE信号与地址总线具有完全相同的时序，但是HSIZE必须在整个突发传输中保持恒定。

3.5 突发操作（Burst operation）

协议中的突发类型，包含了single、4、8、16beats和undefined length（不定长）这几种，他们都支持incrementing和wrapping：

递增突发的访问是顺序的，并且突发中每次传输的地址都是前一个地址的增量。
循环突发跨越地址边界时会自动跳转地址。地址边界的计算方式是突发(Burts)中的拍数(Beats)与传输(Transfer)大小(Size)的乘积，其中，拍数由HBURST控制，传输大小由HSIZE控制。例如，一个4byte大小的4拍循环突发(4-beats wrapping burst of word)以16byte为边界进行边界跳转，若起始地址为0x34，则它的四个transfer地址分别为0x34、0x38、0x3c和0x30。

下表是由HBURST[2:0]控制的burst类型。

注意！master不允许发送跨越1KB地址边界的INCR突发，这是因为slave在设计的时候是以1KB为单位的，如果跨过了1KB就有可能访问到另一个slave。

master在进行单次传输时，可以使用以下方式：

SINGLE burst
有一个长度为1的burst的不定长burst

Note
突发的大小（Burst Size）表示的是突发的节拍数（传输的个数），而不是传输的字节数。通过将节拍数和每拍中的数据量（HSIZE[2:0]）相乘，可以计算出总突发传输的数据量总数。

突发的所有传输必须满足与等于传输大小的地址边界对齐。例如，你必须将一个数据量为word的trasnfer对齐到word地址边界（HADDR[1:0]='b00），将数据量为halfword的transfer对齐到halfword地址边界（HADDR[0]='b0）。IDLE传输的地址也必须对齐，否则在仿真期间monitor可能会报告虚假警告。

3.5.1 BUSY传输后的突发终止（Burst termination after a BUSY transfer）

在突发开始之后，master如果需要更多的时间，则会在继续下一次传输之前使用BUSY类型的传输。
在INCR类型的不定长突发中，master可能会插入BUSY传输然后决定不再发出新的传输请求。在这种情况下，master可以通过发出NONSEQ或IDLE传输来有效地终止不定长突发。
协议不允许master使用BUSY来企图结束固定长度突发（INCR4/8/18，WRAP4/8/16），这些定长突发只能以SEQ类型传输结束。

3.5.2 突发的提前终止（Early burst termination）

以下两种情况可能会造成突发的终止：
1. slave的错误响应
如果slave响应了一个ERROR，那么master应该取消本次突发中的剩余传输。然而这并不是一个严格的规定，master把本次突发中的剩余传输继续发完也是可以接受的。即使master没有完成突发中的所有传输，在下一次访问到slave的时候也不需要重建这笔突发，例如master只完成了一个8拍突发中的3拍，那么它在下次访问到slave的时候也不必完成剩余的5拍传输。
2. Multi-layer interconnect 终止
虽然master不允许提前终止突发请求，但当突发没有完成时，slave必须被设计为能够正常工作。当多层互连组件被用于多master的系统时，它就可以终止突发以便另一个master可以访问slave。如果这种情况发生，slave必须终止来自之前master的突发，转而响应新的master。

3.5.3 Burst examples

4拍循环突发，WRAP4
边界地址计算：拍数（传输个数）x 传输大小 = 4 x 4(byte) = 16byte，因此以16-byte地址为边界，每逢16-byte(0x10)的地址就需要跳转。

4拍递增突发，INCR4

8拍循环突发，WRAP8
边界地址计算：传输个数 x 传输大小 = 8 x 4(byte) = 32byte，因此要以32-byte地址为边界，每逢32-byte(0x20)的地址就要向前跳转。因此这里到达0x3C之后，如果不跳转下一个地址是0x40，显然0x40是一个32-byte地址，因此向前跳0x20个地址，到达0x40-0x20=0x20。

8拍递增突发，INCR8

不定长突发，INCR
下图展示了两个burst：

第一个burst是一个2-beat/halfword INCR的写请求burst(0x20)，每笔传输的地址步长为0x2
第二个burst是一个3-beat/word INCR的读请求burst(0x5c)，每笔数据的地址步长为0x4

3.6 传输等待（Waited transfers）

slave如果需要更多的时间来提供或者采样数据，那么他们会用HREADY来插入等待状态。在传输等待期间，master仅限于对传输类型和地址进行更改。

3.6.1 传输等待时更改传输类型（Transfer type changes during wait states）

当slave请求等待状态时，master不能更改传输类型，除非以下几种情况：IDLE传输、定长BURST中的BUSY传输、不定长BURST中的BUSY传输。

1. IDLE传输
在传输等待期间，master可以将传输的状态从IDLE变更到NONSEQ。当传输类型(HTRANS)变更到NONSEQ后，master必须保持传输类型不变，直到HREADY拉高。
下图展示了一个SINGLE突发的传输等待，并且伴随着传输类型从IDLE到NONSEQ的改变。

T0-T1 master初始化SINGLE突发到地址A
T1-T2 master在地址Y上插入一个IDLE传输，此时slave插入了一个等待状态（HREADY=LOW）
T2-T3 master在地址Z上插入了一个IDLE状态
T3-T4 master将传输类型更改为NONSEQ，并发送一笔初始地址为B的INCR4突发
T4-T5 当HREADY为低时，master必须保证传输类型不变
T5-T6 HREADY拉高，到地址A的SINGLE突发完成，并且开始下一笔INCR4突发
T6-T7 INCR4突发的第一拍完成，发送下一拍传输的地址

2. 定长BURST中的BUSY传输
在定长BURST的传输等待过程中，master可以在HREADY为低时将传输类型从BUSY更改为SEQ。同样，传输类型更改之后需要保持不变，直到HREADY拉高。
Note 因为BUSY传输只能在连续的突发节拍中插入，因此这不适用于SINGLE突发。

关键cycle解读：
T1-T2 master开始下一个对地址0x28的传输，但因为暂时没“空”发送命令，因此先插入了一笔BUSY传输，同时slave也发起了等待。
T3-T4 master此时有“空”了，因此将BUSY传输更改为SEQ传输，但slave还需要等待。

3. 不定长BURST中的BUSY传输
在不定长突发INCR的传输等待过程中，master也允许在HREADY为低时将BUSY传输更改为其它类型的传输。如果更改为SEQ，那么当前突发将继续，而如果更改为了IDLE或者NONSEQ，那么当前突发结束、进入下一笔突发。

3.6.2 传输等待时更改地址（Address changes during wait stats）

在slave的等待状态下，master只能改变一次地址，除了以下两种情况：

1. IDLE传输期间
在传输等待期间，master允许改变IDLE传输的地址，当传输类型变为NONSEQ后，master就必须要保证地址不变直到HREADY拉高。

2. 在一次ERROR响应之后
在传输等待期间，若slave响应了一个ERROR，那么master就可以在HREADY为低的时候改变地址。

关键cycle：
T3-T4 slave响应ERROR
T4-T5 master将HTRANS切换为IDLE传输，并允许在HREADY为低的时候更改地址；slave完成ERROR响应