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AMBA协议介绍（1）——APB协议

AMBA协议介绍（2）——AHB协议

AMBA协议介绍（3）——AXI协议

AMBA协议介绍

AMBA协议介绍（1）——APB协议

前言

一、v1.0什么是APB协议？

二、APB协议的传输时序

1.写传输包括无等待状态和有等待状态

2.读传输包括无等待状态和有等待状态

3.传输失败的例子

总结

前言

AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture），是一种开放的协议，主要用于SoC内部和ASIC，用于连接各种功能模块。简称AMBA总线，最早由ARM设计推出。AMBA是相对使用比较广的片内总线技术，已成为一种流行的工业标准片上结构，如今不单单是ARM专有的。

AMBA总线可以将RISC处理器集成在其他IP芯核和外设中，它是有效连接IP核的“数字胶”，并且是ARM复用策略的重要组件。它不是芯片与外设之间的接口，而是内核与芯片上其他元件进行通信的接口。

首先，让我们按照它的发布版本来认识一下它。

1.AMBA版本1规范定义：ASB( Advanced System Bus)与 APB(Advanced Peripheral Bus)；

2.AMBA版本2规范定义：AHB(Advanced High-performance Bus)、ASB( Advanced System Bus)与 APB(Advanced Peripheral Bus)；

3.AMBA版本3规范定义：AXI v1.0(Advanced Extensible Interface)、AHB-Lite v1.0(Advanced High-performance Bus Lite)、 APB v1.0(Advanced Peripheral Bus)与ATB v1.0(Advanced Trace Bus)；

4.AMBA版本4规范定义：ACE(AXI Coherency Extensions)、ACE-Lite(AXI Coherency Extensions Lite)、AXI4(Advanced Extensible Interface 4) 、AXI4-Lite(Advanced Extensible Interface 4 Lite)、AXI4-Stream v1.0(Advanced Extensible Interface 4 Stream)、APB v2.0(Advanced Peripheral Bus)与ATB v1.1(Advanced Trace Bus)；

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协议的演进

AMBA 1只有ASB和APB协议；
AMBA 2引入AHB协议用于高速数据传输；
AMBA 3，为适应高吞吐量传输和调试引入AXI和ATB，增加高级可扩展接口，而AHB协议缩减为AHB-lite，APB协议增加了PREADY和PSLVERR，ASB由于设计复杂而不再使用；
AMBA 4，AXI得到了增强，引入QOS和long burst的支持，根据应用不同可选AXI4，AXI4-lite，AXI4-stream，同时为满足复杂SOC的操作一致性引入ACE和ACE-lite协议，APB和ATB也同时得到增强，比如APB加入了PPROT和PSTRB，另外为改善总线数据传输引入QVN协议；
适应更加复杂的高速NOC设计，引入环形总线协议，推出的AMBA CHI协议。

一、v1.0什么是APB协议？

V1.0 ASB、APB是第一代AMBA协议的一部分。APB(Advanced Peripheral Bus) 高级外设总线主要应用在低带宽的外设上，如UART、 I2C，它的架构不像AHB总线是多主设备的架构，APB总线的唯一主设备是APB桥（与AXI或APB相连），因此不需要仲裁一些Request/grant信号。APB的协议也十分简单，甚至不是流水的操作，固定两个时钟周期完成一次读或写的操作。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。传输可用如下状态图表示，

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。
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。
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。

二、APB协议的传输时序

1.写传输包括无等待状态和有等待状态

无等待状态地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。第一个时钟周期叫做Setup phase。下一个时钟沿后使能信号PENABLE被置位，表示Access phase就位。地址、数据和控制信号在Access phase期间有效。传输在该周期后结束。使能信号PENABLE, 在传输结束后清空。选择信号PSELx同样被置低，除非紧接着下一传输开始。有等待状态右图当PENABLE为高，传输可以通过拉低PREADY来扩展传输。

2.读传输包括无等待状态和有等待状态

无等待状态从器件必须在读传输结束前提供数据。有等待状态在Access phase期间PREADY信号拉低，则传输被扩展。

3.传输失败的例子

使用PSLVERR来指示APB传输错误。当PSEL, PENABLE以及PREADY 都为高时，PSLVERR才在最后一个周期进行判断。当任何一个PSEL, PENABLE或者PREADY为低时，你可以将PSLVERR拉低，这是推荐，并不是强制要求。收到一个错误后，可能或不可能改变外围器件的状态。 APB外围设备不要求必须支持PSLVERR引脚，当不使用该引脚时，应被置低。

上图1为写传输失败最后一个传输周期，PSLVERR信号拉高，上图2为读传输失败，没有读出数据。

AXI桥接到APB: AXI的RRESP/BRESP = APB的SLVERR(read: PSLVERR -> RRESP[1], write: PSLVERR -> BRESP[1])

AHB桥接到APB: PSLVERR被映射到HRESP = ERROR(PSLVERR -> HRESP[0])

总结

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。

APB总线协议包含一个APB桥，它用来将AHB，ASB总线上的控制信号转化为APB从设备控制器上可用信号。APB总线上所有的外设都是从设备，这些从设备有以下特点：

a 接收有效的地址和控制访问

b 当APB上的外设处于非活动状态时，可以将这些外设处于0功耗状态

c 译码器可以通过选通信号，提供输出时序（非锁定接口）

d 访问时可执行数据写入

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上的传输可以用简单的状态图来说明。

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