AMBA协议笔记（APB）

Chapter 1 概述

APB（Advanced Peripheral Bus），是低功耗和减少接口复杂度的优化接口协议。APB接口是低带宽，不需高性能流水线的接口协议，同时APB也具有非流水线的协议。

所有信号都只在时钟的上升沿跳变，目的是为了简化设计流程中的APB外设融合。每次传输至少需要两个cycles。APB可以与AHB，AXI连接，可以使用APB进行程序级的控制寄存器和外设。

Chapter 2 信号描述

信号	来源	描述
PCLK	系统时钟	时钟。传输发生在时钟上升沿
PRESETn	等效的系统总线	复位信号。低电平有效，通常与系统的复位信号直接连接
PADDR	APB桥	地址，APB地址线，位宽最高32bit，由外设驱动
PSELx	APB桥	选择信号，APB产生，用来选择外设。该信号表明外设从设备被选择，进行数据传输。每个从设备具都有一个PSELx信号
PENABLE	APB桥	使能信号，表示传输的第二个cycle和接下来的cycle传输有效
PWRITE	APB桥	方向信号，为高时表示APB写，为低时表示APB读
PWDARA	APB桥	写数据，在写cycle由外部设备驱动，最高32bits
PREADY	从接口	就绪信号，表明从设备已就绪，进行接下来的传输
PRDATA	从接口	读数据，在读cycle被选中的从设备驱动此信号，位宽最高32bits
PSLVERR	从接口	表示传输失败，APB从设备不要求支持此信号

Chapter 3 传输

3.1 写传输

没有等待状态的写传输

传输开始时钟上升沿（T1），PADDR，PWRITE，PSEL，PWDATA改变。传输的第一个阶段称为Setup phase。在随后的一个时钟周期，当PENABLE拉高后（T2），表示进入Access Phase（因为是无等待阶段的写操作，所以PREADY默认拉高的）。PADDR，PWRITE，PSEL，PWDATA信号在Access Phase保持不变。在Access Phase结束后表示此次传输完成。

传输完成后PENABLE信号拉低（T3）。如果接下来对同一个外设进行传输，则PSEL信号保持为高（Setup Phase），否则拉低。

有等待阶段的写传输

在Access Phase阶段，从端发送的PREADY可以延长此阶段（T2~T4）。此时，PENABLE为高，当PREADY为低时，各控制信号（PWRITE，PSEL，PENABLE），数据信号（PADDR，PWDATA）保持不变，一直等到PREADY为高时，完成此次传输。当PENABLE为低时，PREADY可以为任意值。

注：推荐PADDR和PWRITE信号保持不变直到下一个传输开始，这有助于降低功耗。

3.2 读传输

没有有等待阶段的读

Setup Phase与Write相似，不同的是PWRITE为低，表示APB读，PRDATA为读数据，从从设备接收读数据。在Acess Phase（T2），PENABLE拉高，PREADY拉高，完成握手，然后从设备发送读数据Data1，读传输结束。

有等待阶段的读

与带有等待阶段的写相似，在进入Access Phase时（T2），如果从端PREADY为低，则其他控制信号（PWRITE，PSEL，PENABLE），数据信号（PADDR，PRDATA）保持不变，一直等到PREADY为高（可以延长任意时钟周期），PRDATA接收从从端读取的数据Data1，传输结束。

3.3 错误反馈

可以使用PSLAERR表明APB传输的过程中发生了错误。错误的情形可以发生在读和写过程中。PSLVERR只能在APB传输的第二个cycle拉高，即Access Phase阶段，也就是PSLE，PENABLE，PREADY都为高时。

传输收到一个错误时，从设备的状态可能发生或者没有发生变化（如读/写传输过程发生错误，则无法保证读/写的数据正确性，具有不确定性）。也就是说，在一个写传输过程中发生了错误，并不意味着从设备中寄存器的值没有更新。在读传输的过程中发生了错误也可能返回的是非法的读数值。这里并没有要求从设备在读传输发生错误时将数据总线设置为0。

APB从设备并没有要求支持PSLVERR管脚（信号），这对于现有的和新的APB设计通用。（此特性非强制实现）

写传输

在上述的写传输过程中，Access Phase阶段，T3时，PREADY拉高，同时从设备将PSLVERR拉高，表明此次传输发生错误。此时Addr1的数据可能为Data1也可能不是Data1，具有不确定性。

读传输

在读传输的Access Phase阶段，T4周期内，PREADY拉高，从设备发送PSLVERR为高，表明此次读传输发生错误，PRDATA读到的数据可能是非法值（不确定性）。

PSLVERR的映射关系

PSLEERR与AHB，AXI协议中错误信号存在映射关系[后续补充]。

Chapter 4 操作状态

状态机包括以下几种状态：

IDLE：APB的默认状态。

SETUP：当有传输需求总线进入SETUP状态（PSELx拉高，选中要进行传输的从设备，进入SETUP状态）。总线总是保持SETUP状态一个周期，然后在下个始终在后期上升沿进入ACCESS状态。

ACCESS：PENABLE拉高时，进入ACCESS状态。在总线由SETUP到ACCESS过程中，PADDR，PWRITE，PSEL，PWDATA必须保持不变。离开ACCESS状态是由从设备PREADY进行控制：

如果PREADY为低，则从设备总线保持ACCESS状态。（PSELx==1，PENABLE==1，PREADY==0）
如果PREADY为高，则退出ACCESS状态。如果接下来有传输，则总线直接进入SETUP状态。如果接下来没有传输，则进入IDLE状态。

参考资料：AMBA 3 APB Protocol v1.0 Specification