AMBA总线介绍

AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线是由ARM公司提出的一种开放性的片上总线标准，它独立于处理器和工艺技术，具有高速度低功耗等特点。

总线：系统芯片中各个模块之间需要有接口来连接。总线作为子系统之间共享的通信链路。（因为ARM占据市场比较大，很大做IP设计的公司都会去兼容AMBA interface。）

ARM中的总线用于不同部件之间的通信。有两种不同类型的设备连接到总线：

ARM处理器：它是总线的主设备，拥有对总线的仲裁权，可以通过同一总线主动发起数据传输请求；
外围器件：是总线的从设备，在总线上是被动的，只能对主设备发出的一个传输请求做出反应。

举例：

总线协议

做一个IP设计。要搞清楚IP的输入输出

例如，做一个AHB的IP，AHB输入，SPI等为输出。跟AHB做通信的端口是必不可少的。数据之间传输，需要interface。

AMBA发展历史

AMBA 协定的目的是为了要推出 on-chip bus 的规范，一开始 AMBA 1.0 只有 ASB 与 APB，为了节省面积，所以这时候的 bus 协定都是 tri-state 的 bus，而到后来 2.0 的 AHB 为了能更方便设计者(trisate bus 要花更多精力去注意 timing)，因此改用 bus 改用 multiplexor 的架构，并增加了新的特性。

AMBA 1.0：ASB和APB

AMBA 2.0：AHB,ASB和APB

AMBA 3.0：AMBA Advanced extensible Interface (AXI)（可以用于ARM和FPGA的高速数据交互）

AMBA 4.0：........

传输速率速度越来越快。

AMBA总线优缺点

AMBA总线优点：

低成本
方便易用（协议简单合理。按照协议传输数据，不会出错）

AMBA总线缺点：

会造成性能瓶颈（传输速率有上限）

AMBA总线体系

AMBA总线体系包括以下三种总线：

AHB：Advanced High-performance Bus，用于高性能、高时钟工作频率模块。
ASB：Advanced System Bus，用于高性能系统模块。
APB：Advanced Peripheral Bus，用于慢速外设模块。

典型的AMBA系统：

一个以 AMBA 架构的 SOC，一般来说包含了

AHB（high-performance 的 system bus ）：负责连接例如 ARM 之类的 embedded processor 与 DMA controller，on-chip memory 和其他 interface，或其他需要 high bandwidth 的元件。
APB（low-power 的 peripheral bus ）：用来连接系统的周边元件，其protocol 相对AHB 来讲较为简单，与 AHB 之间则透过 Bridge 相连，期望能减少 system bus 的 loading。

AHB支持多个Master，因此需要Arbiter来仲裁。

APB是外设总线，主要用于低带宽的片内周边外设之间的连接，如UART等，它的总线结构不想AHB支持多个Master，在APB里面，唯一的Master就是APB桥，因此不需要仲裁。 （外围设备做slave，只能由AHB读）

处理器和其它主设备/从设备都是可以替换的。

AHB-APB桥：

在AHB和APB之间，有AHB-APB桥，这是为了解决高性能器件和片内低带宽外设之家的匹配问题；

AHB-外侨：

AHB和片外总线之间，有一个AHB-外侨，这是为了解决片内高性能器件和片外设备之间的带宽不匹配。

AMBA协议其他有关问题

与工艺无关
没有定义电气特性
仅在时钟周期级定义时序

提取时序参数依赖于所采用的工艺和工作频率

例子：DMA搬运memory数据

DMA bus 帮助CPU搬运数据。CPU做master。DMA可以做master、slave，但是这里做slave

CPU把搬运数据分派给DMA做。

base address 0x3000-0x31000，有1000个空间。有很多register

offset address（偏移地址） 0x00 0x04 0x08 0x0C 0x10

最终地址=base address+offset address

register1（0x00 ）：写1，说明DMA要start；写0，代表DMA stop

register2（0x04 ）：告诉CPU，DMA现在是否有空

register3（0x08 ）：告诉DMA从哪里搬移数据

register4（0x0C ）：告诉DMA把数据搬到哪里去。

register5（ 0x10 ）：告诉DMA搬多少数据。

要先把DMA这几个寄存器先配好register3-5，然后看DMA是否有空（register2），有空就start（register1）。

假设把数据从memory1（0x1000-0x1100，1k）搬到memory2（0x2000-0x2100）

假设现在ready，启动start

数据流向：

①DMA读memory1里面的数据

②DMA向memory2里面写数据（总线在某一时刻，只能读或者写。）

③搬运完了，DMA要发interrupt给CPU（在DMA某个寄存器写入done的状态，CPU读DMA寄存器的值）

所有告知CPU的信息，都是通过中断方式。只能由CPU读其他模块的寄存器。把状态填在模块的寄存器里，向CPU发送中断。

（例如，工作做完了，在寄存器填入done的状态，向CPU发送中断，CPU检查寄存器的状态，然后CPU执行下面的指令。或者没有读到数据，写状态，发中断。发生什么事情，记录在status寄存器中，给CPU发中断。）

Step0 : CPU检查DMA的状态以确认是否可用

while(1)
{Read(0x30004,&status)if(status == 0)break;
}

Step1 : CPU设置( source address ) 、( destination address ) 、( size )

Write (0x30008,0x10000)
Write(0x3000C,0x20000)
Write(0x30010,0x100)

Step 2:启动DMA

Write(0x30000,0x1)

Step3 :DMA把数据从memory 1传送到memory 2

Step 4: DMA向CPU发出中断请求
Step 5 : CPU检查DMA的状态

Read(0x30004,&status)

参考：

《AMBA 3 APB 协议规范》

AMBA总线介绍_哔哩哔哩_bilibili

《Introduction to AMBA Bus System》工研院 / 系統晶片技術中心工程師吳欣龍

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