一、AMBA概述

AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 高級微處理器總線架構定義了高性能嵌入式微控制器的通信標準，可以將RISC處理器（精簡指令集處理器）集成在其他IP芯核和外設中，它是有效連接IP核的“數字膠”，并且是ARM復用策略的重要組件；它不是芯片與外設之間的接口，而是ARM內核與芯片上其他元件進行通信的接口。比如Xilinx公司的Zynq芯片，就是ARM與FPGA之間的連接通路 .主要包括：

AHB (Advanced High-performance Bus) 高級高性能總線

ASB (Advanced System Bus) 高級系統總線----用的很少

APB (Advanced Peripheral Bus) 高級外圍總線

AXI (Advanced eXtensible Interface) 高級可拓展接口

這些內容加起來就定義出一套為了高性能SoC而設計的片上通信的標準；

AHB主要是針對高效率、高頻寬及快速系統模塊所設計的總線，它可以連接如微處理器、芯片上或芯片外的內存模塊和DMA等高效率模塊；

APB主要用在低速且低功率的外圍，可針對外圍設備作功率消耗及復雜接口的最佳化；APB在AHB和低帶寬的外圍設備之間提供了通信的橋梁，所以APB是AHB或ASB的二級拓展總線 ；

AXI：高速度、高帶寬，管道化互聯，單向通道，只需要首地址，讀寫并行，支持亂序，支持非對齊操作，有效支持初始延遲較高的外設，連線非常多；

幾種AMBA總線的性能對比分析：

AHB與AXI、APB的區別與聯系

AHB是先進的高性能總線，AXI是先進的可擴展接口，APB是高級外圍總線；

AHB和APB都是單通道總線，不支持讀寫并行；而AXI是多通道總線，總共分為五個通道，能夠實現讀寫并行；

AHB和AXI都是多主/從設備，且通過仲裁機制實現總線控制權的分配；而APB是單主設備多從設備，其主設備就是APB橋，不具有仲裁機制；

在數據操作方面，AHB和AXI支持突發傳輸，APB不支持；此外，AXI支持數據的非對齊操作，AHB不支持；

二、AHB總線

AHB總線強大之處在于它可以將微控制器（CPU）、高帶寬的片上RAM、高帶寬的外部存儲器接口、DMA總線控制器，以及各種AHB接口的控制器等連接起來構成一個獨立的完整SOC系統，還可以通過AHB-APB橋來連接APB總線系統。主要包括以下四個部分：

Master AHB主控制器：主控制器可以通過地址和控制信息，可以進行初始化，讀，寫操作，同一時間只有1個Master會被激活；

Slave AHB從設備：從設備通常是指在其地址空間內，響應主控制器發出的讀寫控制操作的被動設備，并對Master返回成功、失敗或者等待等狀態，完成數據的傳輸控制；

Arbiter AHB仲裁器：仲裁器根據用戶的配置，確保在總線上同一時間只有一個主控制器擁有總線控制權限，從而保證總線上一次只有1個Master在工作；AHB總線只能存在一個仲裁器；

Decoder AHB譯碼器：負責對地址進行解碼，并提供片選信號到各Slave；AHB總線只能有一個譯碼器；

每個AHB都需要1個仲裁器和1個中央解碼器，且有且僅有一個！

*AHB基本信號 *

HADDR：32位系統地址總線；

HTRANS：M指示傳輸狀態，NONSEQ、SEQ、IDLE、BUSY；

HWRITE：傳輸方向1-寫，0-讀；

HSIZE：傳輸單位；

HBURST：傳輸的burst類型；

HWDATA：寫數據總線，從M寫到S；

HREADY：S應答M是否讀寫操作傳輸完成，1-傳輸完成，0-需延長傳輸周期。需要注意的是HREADY作為總線上的信號，它是M和S的輸入；同時每個S需要輸出自HREADY。所以對于S會有兩個HREADY信號，一個來自總線的輸入，一個自己給到多路器的輸出；

HRESP：S應答當前傳輸狀態，OKAY、ERROR、RETRY、SPLIT；

HRDATA：讀數據總線，從S讀到M；

*AHB基本傳輸 *

兩個階段

地址周期（AP），只有一個cycle

數據周期（DP），由HREADY信號決定需要幾個cycle

流水線傳送

先是地址周期，然后是數據周期

AHB突發傳輸與AXI突發傳輸的特點

AHB協議需要一次突發傳輸的所有地址，地址與數據鎖定對應關系，后一次突發傳輸必須在前次傳輸完成才能進行；

AXI只需要一次突發的首地址，可以連續發送多個突發傳輸首地址而無需等待前次突發傳輸完成，并且多個數據可以交錯傳遞，此特征大大提高了總線的利用率；

AHB總線與AXI總線均適用于高性能、高帶寬的SoC系統，但AXI具有更好的靈活性，而且能夠讀寫通道并行發送，互不影響；更重要的是，AXI總線支持亂序傳輸，能夠有效地利用總線的帶寬，平衡內部系統。因此SoC系統中，均以AXI總線為主總線，通過橋連接AHB總線與APB總線，這樣能夠增加SoC系統的靈活性，更加合理地把不同特征IP分配到總線上；

三、APB總線

APB是一種優化的，低功耗的，精簡接口總線，可以技術多種不同慢速外設；主要應用在低帶寬的外設上，如UART、 I2C，它的架構不像AHB總線是多主設備的架構，APB總線的唯一主設備是APB橋（與AXI或APB相連），因此不需要仲裁一些Request/grant信號。

APB總線協議包含一個APB橋，它用來將AHB，ASB總線上的控制信號轉化為APB從設備控制器上可用信號。APB總線上所有的外設都是從設備，這些從設備有以下特點：

a 接收有效的地址和控制訪問

b 當APB上的外設處于非活動狀態時，可以將這些外設處于0功耗狀態

c 譯碼器可以通過選通信號，提供輸出時序（非鎖定接口）

d 訪問時可執行數據寫入

APB的協議也十分簡單，甚至不是流水的操作，固定兩個時鐘周期完成一次讀或寫的操作。其特性包括：兩個時鐘周期傳輸，無需等待周期和回應信號，控制邏輯簡單，只有四個控制信號。APB上的傳輸可用如圖所示的狀態圖來說明：

1、系統初始化為IDLE狀態，此時沒有傳輸操作，也沒有選中任何從模塊；

2、當有傳輸要進行時，PSELx=1,，PENABLE=0，系統進入SETUP狀態，并只會在SETUP狀態停留一個周期。當PCLK的下一個上升沿到來時，系統進入ENABLE狀態；

3、系統進入ENABLE狀態時，維持之前在SETUP狀態的PADDR、PSEL、PWRITE不變，并將PENABLE置為1。傳輸也只會在ENABLE狀態維持一個周期，在經過SETUP與ENABLE狀態之后就已完成。之后如果沒有傳輸要進行，就進入IDLE狀態等待；如果有連續的傳輸，則進入SETUP狀態；

• 寫傳輸
• 讀傳輸

四、ASB總線

ASB總線主要用于高性能系統模塊。ASB是可用于AHB不需要的高性能特性的芯片設計上可選的系統總線。ASB也支持高性能處理器，片上內存，片外內存提供接口和慢速外設。高性能，數據傳輸，多總線主控制器，突發連續傳輸。ASB總線是位于APB總線架構之上的用于高性能的總線協議，它有如下特點：

a 突發連續傳輸

b 單管道數據傳輸

c 多總線主控制器

五、基于AMBA的片上系統

大多數掛在總線上的模塊(包括處理器)只是單一屬性的功能模塊：主模塊或者從模塊。主模塊是向從模塊發出讀寫操作的模塊，如CPU，DSP等；從模塊是接受命令并做出反應的模塊，如片上的RAM，AHB／APB 橋等。另外，還有一些模塊同時具有兩種屬性，例如直接存儲器存取(DMA)在被編程時是從模塊，但在系統讀傳輸數據時必須是主模塊。

如果總線上存在多個主模塊，就需要仲裁器來決定如何控制各種主模塊對總線的訪問。雖然仲裁規范是AMBA總線規范中的一部分，但具體使用的算法由RTL設計工程師決定，其中兩個最常用的算法是固定優先級算法和循環制算法。AHB總線上最多可以有16個主模塊和任意多個從模塊，如果主模塊數目大于16，則需再加一層結構(具體參閱ARM公司推出的Multi-layer AHB規范)。

APB 橋既是APB總線上唯一的主模塊，也是AHB系統總線上的從模塊。其主要功能是鎖存來自AHB系統總線的地址、數據和控制信號，并提供二級譯碼以產生APB外圍設備的選擇信號，從而實現AHB協議到APB協議的轉換。