SOC上的总线真的是总线？

上学时学点电的专业的都应该有学过总线这个东西，我提一个最简单的：两根线广播线，凡是挂入这两根广播线的设备都可以收、发电平信号，信号的规则就是这个总线的协议。比如MODBUS、CANBUS之类。类似我画的图这样：

这种简单的总线中，大家都是对等的，所有人的通讯都是跑上来踩这两条线。满足我对总线最朴素的想象。

翻车式拐弯：那么一个SOC上面的总线如AMBA家族的AXI系列，AXI扩展的ACE，CHI这些，大家都叫总线，它们的线也是把所有节点都用线连在一起的吗？只是，，，更多了几根？

很明显这只是我一个比较低智的疑问，在高速总线上，节点可能还会很多，还要高频，大家都来踩信号线，要想竞争握手抢到发言权都会是一场灾难，可能有些节点很久也抢不到一次；更不必说还要自己区分一段信号的目标是不是自己，不断地做信号解码分析的耗费也是十分巨大。

简单读一下AXI总线的规范，所有上总线的节点似乎都是想发就发，没有在总线上抢使用权，也没有尝试监听别的节点的信号来分析目标是不是自己。

所以，这中间隐藏着我一直没有注意的点，叫做总线互联结构，抽象一下，这是与两根线式总线中，那两根线处于一个层次的东西，就是一个总线结构中节点之间连接的方式。我举例几个说明一下：

1. 两根线式总线互联结构，就看开篇第一个图里面的两根走所有信号线就行了。

2. 星型总线互联结构，如下图。咦？看起来似乎有点像小时候学的互联网拓扑结构？对滴，差不多少。

3. 环形结构(ring结构) ，图很土，但是确实长这样。

4. 全连接结构简单的讲就是所有节点都能直达。

看到没有，各种乱七八糟的结构都可以是总线互联，那么问题就来了，除了2线式的总线，其他总线本质上都是些点对点传输的组合(不能做广播信号和全总线监听)，也就是说，不是能够通过简单的直连金属导线能解决的，就如同互联网需要交换机一样，这需要总线中的所有节点都有一个类似交换机的东西。这个东西在SOC的总线中普遍叫做router，换句话说，这个总线是活的，它知道根据某种规则将一个节点发出的数据转到指定节点。说到这里应该已经把总线互联这个东西解释清楚了，它是一个能做总线中指定两点，做点对点传输的东西。这其实是总线协议背后的东西，有的结构叫crossbar(类似全连接)，有的叫NOC(Network on chip，就是一种网，渔网见过吗，跟那差不多，手残懒得画)，也有的叫ring(上面说的环形结构)。

对比着最简单的2线式总线，SOC上的总线已经大概说清楚了，这张总线是活的，其中有类似交换机的router，用来路由各个节点发出的数据，那么问题就来了：挑出ring总线来说，假设router转发一次数据需要1ns(纳秒，随意说的，跟实际soc无瓜葛)，各个节点之间的通讯距离是不是一样的？我重新画一个节点多的ring结构：

这里面1-2节点之间的距离是1ns(1向2发送数据按照上面说的1router只需要1ns)，1-4之间的距离无论经过2-3到4还是经过6-5到4都需要3ns，这就带来节点之间数据延迟不一致的问题。另外，1-4的数据很明显需要2-3或5-6的router来参与数据传输，而如果这时候2-3/5-6自己有数据要走，1-4的数据很明显是要被停滞的。换句话说，在总线互联中，各个router的数据传输压力是不相同的：如果1-3之间数据交互极其频繁的话，2节点就算没有数据传输也会很忙。进一步的，如果总线互联设计与数据负载不匹配，可能会出现其中的某个router过度繁忙造成总线数据带宽瓶颈；有人可能说采用全连接最好，谁也不干涉谁；确实是这样，crossbar是最快的总线互联结构，但是(重点)，家里装修的时候还知道连线多了费电线(费钱)呢，soc中又何尝不是？

愚夫拙见，行文亦是不畅，看官须得且看且骂且吐槽之。

另外，对标题做一下回答：活的总线，也是总线；谁让人不另外起名呢~

本文用于自我科普，也不想去拉扯一些怎么设计合理呀~各种拓扑结合一起呀~2维结构不够用上3维呀。但是读者还是应该搜索一下这些拓扑，比如说麒麟、骁龙、联发科、苹果之类的soc，看一下他们总线互联是怎么做的，更甚至Intel多核间、各种主板、PCIe其实里面都是一些活的总线。

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