1.AHB概述

AHB總線是一種專為高性能同步傳輸設(shè)計(jì)的總線，層次高于APB總線，支持以下特性：

• 突發(fā)傳輸
• 拆分事務(wù)
• 主設(shè)備單時鐘周期傳輸
• 單時鐘沿操作
• 非三態(tài)實(shí)現(xiàn)
• 寬數(shù)據(jù)總線配置（64/128bit）

1.1.典型AHB系統(tǒng)

典型的AHB系統(tǒng)包括以下部分：

• 可支持高帶寬傳輸?shù)闹鞲煽偩€
• AHB主設(shè)備（如高性能CPU和DMA設(shè)備等）
• AHB從設(shè)備（存儲器和APB橋等）

1.2.AHB互連

AHB的互連使用多路復(fù)用器策略，由以下幾個部分組成：

• 主設(shè)備：發(fā)起通信，所有主設(shè)備將通行地址和數(shù)據(jù)發(fā)送到主設(shè)備多路復(fù)用器
• 從設(shè)備：回應(yīng)通信，從主設(shè)備多路復(fù)用器獲得通信地址和數(shù)據(jù)，將回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到從設(shè)備多路復(fù)用器
• 判決器：主設(shè)備多路復(fù)用器的控制器，控制哪一個主設(shè)備的通信數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到從機(jī)
• 解碼器：從設(shè)備多路復(fù)用器的控制器，控制哪一個從設(shè)備的通信數(shù)據(jù)可以被發(fā)送回主機(jī)

2.AHB信號

2.1.基本AHB信號

2.2.多主機(jī)傳輸信號

3.AHB傳輸

AHB傳輸分為以下幾個部分：

• 主機(jī)獲取總線使用權(quán)：主機(jī)向判決器發(fā)送總線請求信號，判決器發(fā)送應(yīng)答后主機(jī)可以開始傳輸
• 數(shù)據(jù)傳輸：主機(jī)向從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，分為以下兩個部分：
  • 發(fā)送地址和控制信號：包括地址，位寬，突發(fā)類型（增量突發(fā)和回卷突發(fā)）等控制信號，僅一個時鐘周期
  • 數(shù)據(jù)傳輸：進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，一個或多個時鐘周期
• 從機(jī)應(yīng)答：從機(jī)通過HRESP和HREADY標(biāo)記完成狀態(tài)，對于HRESP，有以下狀態(tài)：
  • OKAY：標(biāo)記傳輸完成，當(dāng)HRESP為該狀態(tài)且HREADY拉高時，傳輸完成
  • ERROR：標(biāo)記傳輸出錯
  • RETRY和SPLIT：標(biāo)記傳輸未完成，主設(shè)備仍需要占用總線

關(guān)于突發(fā)傳輸，理論上進(jìn)行突發(fā)傳輸?shù)闹髟O(shè)備應(yīng)當(dāng)一直占據(jù)總線，但是為了縮短等待時間，AHB允許打斷突發(fā)傳輸，并在一段時間后重啟該突發(fā)傳輸

3.1.基本傳輸

AHB的基本傳輸過程由兩個部分組成：

• 地址/控制傳輸：傳輸?shù)刂沸畔⒑涂刂菩畔?，僅占一個時鐘周期
• 數(shù)據(jù)傳輸：可能需要多個時鐘周期，由信號HREADY決定（拉高才結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸）

3.1.1.無等待傳輸

ahb_basic_nowait.png

無等待傳輸下，一個傳輸與三個時鐘沿有關(guān)：

• 第一個時鐘沿：第一個時鐘沿后，主機(jī)將地址信息和控制信息發(fā)送到總線上
• 第二個時鐘沿：第二個時鐘沿上，從機(jī)采樣主機(jī)的地址信息和控制信息。第二個時鐘沿后，從機(jī)將響應(yīng)信號和數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上
• 第三個時鐘沿：主機(jī)采樣從機(jī)響應(yīng)信號和數(shù)據(jù)，傳輸完成

3.1.2.有等待傳輸

ahb_basic_wait.png

有等待傳輸下，數(shù)據(jù)傳輸階段可以擴(kuò)展，即在HREADY拉高之前，數(shù)據(jù)傳輸階段不結(jié)束。要求寫數(shù)據(jù)在HREADY拉高前保持穩(wěn)定，主機(jī)在HREADY拉高后采樣讀數(shù)據(jù)

3.1.3.流水線傳輸

ahb_basic_water.png

AHB總線支持流水線傳輸，即將傳輸分為地址-數(shù)據(jù)兩個部分流水進(jìn)行，本次傳輸?shù)牡刂繁厝辉谏弦淮蔚刂分?，本次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必定緊跟在本次傳輸?shù)刂分?。因此，?dāng)上一次的數(shù)據(jù)傳輸阻塞導(dǎo)致傳輸周期增加時，下一傳輸?shù)牡刂分芷谝矔鄳?yīng)的變長：

• A1和C1為第一次傳輸?shù)牡刂泛涂刂菩盘?/li>
• WD1和RD1是第一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，該傳輸為單時鐘即無阻塞的傳輸，同時發(fā)送的還有下一次傳輸?shù)牡刂泛涂刂菩盘枺篈2和C2
• 第二次傳輸為多周期傳輸，因此WD2和RD2占據(jù)多個時鐘周期，對應(yīng)的，同時發(fā)送的第三次傳輸?shù)刂泛涂刂菩臕3和C3也被延遲相同的時鐘周期數(shù)
• WD3和RD3為第三次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

3.2.傳輸類型

傳輸類型使用端口HTRANS標(biāo)記，有以下取值：

• IDLE（00）：標(biāo)志主機(jī)占有AHB總線，但是沒有數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生。從機(jī)需要使用OKAY狀態(tài)回應(yīng)該類型
• BUSY（01）：標(biāo)志主機(jī)占有AHB總線并在進(jìn)行猝發(fā)傳輸，但下一個傳輸不能立刻發(fā)生。從機(jī)需要使用OKAY狀態(tài)回應(yīng)
• NONSEQ（10）：標(biāo)志主機(jī)當(dāng)前發(fā)送的地址和控制信號與上一次傳輸無關(guān)（單次傳輸就是該狀態(tài)）
• SEQ（11）：標(biāo)記主機(jī)處于猝發(fā)傳輸?shù)闹虚g部分，即當(dāng)前發(fā)送的地址和控制信號與上一次地址和控制信號有關(guān)

例子如下圖所示：

ahb_trantype.JPG

• 第一次傳輸，開啟一次猝發(fā)傳輸，因此該地址與上一次傳輸無關(guān)，使用類型NONSEQ
• 第二次傳輸，無法立刻進(jìn)行傳輸，因此使用BUSY標(biāo)記延遲一個周期，延遲后可以進(jìn)行傳輸，且處于猝發(fā)傳輸中，因此地址與上一次地址有關(guān)，使用SEQ標(biāo)記
• 之后均為猝發(fā)傳輸，均使用SEQ類型

3.3.猝發(fā)傳輸

3.3.1.猝發(fā)類型

猝發(fā)傳輸分為兩類：

• 增量猝發(fā)：傳輸過程中傳輸?shù)刂愤f增。下一次傳輸?shù)牡刂肥巧弦淮蔚刂芳由弦粋€增量
• 回卷猝發(fā)：猝發(fā)的地址范圍被限制在一個固定范圍之內(nèi)，傳輸?shù)刂愤f增，若是超出則回到地址范圍的開始的地址。例如從0x34進(jìn)行增量為4，范圍為16的回卷猝發(fā)，地址順序?yàn)?x34、0x38、0x3c，0x30

猝發(fā)類型使用字段HBURST標(biāo)記，含義如下表所示：

注意一次猝發(fā)傳輸不能跨越1kB的地址區(qū)間，且傳輸?shù)钠鹗嫉刂繁仨毰c數(shù)據(jù)類型對應(yīng)，例如傳輸字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制起始地址必須滿足后兩位為00。

3.3.2.猝發(fā)終止

從機(jī)通過監(jiān)控HTRANS發(fā)現(xiàn)猝發(fā)傳輸?shù)慕K止：

• 若下一個HTRANS標(biāo)記為BUSY或SEQ：猝發(fā)傳輸未終止
• 若下一個HTRANS標(biāo)記為NONSEQ或IDLE：上一次猝發(fā)傳輸已經(jīng)終止

若猝發(fā)傳輸是提前終止的，如總線控制權(quán)被剝奪，那么主機(jī)需要在可以進(jìn)行傳輸時重建猝發(fā)傳輸。例如一個4拍傳輸僅發(fā)送了一拍就終止，主機(jī)需要使用INCR類型的猝發(fā)構(gòu)建3拍傳輸以重建。

3.3.3.猝發(fā)切分傳輸

[暫時略過，需要使用時再補(bǔ)充]

3.4.數(shù)據(jù)總線

當(dāng)傳輸位寬不同時，數(shù)據(jù)總線的使用情況如下所示（小端傳輸）：

ahb_data_bus.JPG

4.控制信號

4.1.控制總線

4.1.1.HSIZE

HSIZE控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)位數(shù)，如下表所示：

4.1.2.HPROT

HPROT提供對傳輸協(xié)議的額外說明，如下所示：

• HPROT[3]：0-Cacheable；1-Not cacheable
• HPROT[2]：0-Bufferable；1-Not bufferable
• HPROT[1]：0-Privileged access；1-User access
• HPROT[0]：0-Opcode fetch；1-Data access

4.1.3.HSELx

HSELx由地址解碼器產(chǎn)生，用于指示哪個從機(jī)被選中。從機(jī)當(dāng)HREADY為高，即一次傳輸完成后鎖存HSELx信號，若HSELx在HREADY為低時有效，將不會對本次傳輸產(chǎn)生影響。

4.1.4.HRESETn

HRESETn信號是復(fù)位信號，該信號是異步觸發(fā)并同步釋放的，當(dāng)該信號有效時，所有主機(jī)均要將相關(guān)信號復(fù)位，包括將HTRANS置為IDLE。

4.2.響應(yīng)信號

4.2.1.HREADY

HREADY信號標(biāo)志傳輸是否完成：0-未完成，需要插入額外周期；1-已完成

4.2.2.HRESP

HRESP用于標(biāo)記傳輸完成的狀態(tài)：

• OKAY(00)：傳輸完成
• ERROR(01)：傳輸錯誤，例如協(xié)議錯誤或?qū)懭胫蛔x地址
• RETRY(10)：傳輸未正常完成，需要重新嘗試傳輸。該響應(yīng)不會改變優(yōu)先級
• SPLIT(11)：傳輸未正常完成，需要從下一個地址重新啟動傳輸。該響應(yīng)可能改變優(yōu)先級

4.3.總線仲裁

仲裁器保證一個時刻僅有一個主設(shè)備占有總線，因此當(dāng)有多個主設(shè)備提出訪問請求時，仲裁器通過仲裁信號仲裁哪一個主設(shè)備獲得總線使用權(quán)

4.3.1.仲裁信號

仲裁信號見[2.2.多主機(jī)傳輸信號]

4.3.2.主機(jī)獲取總線

主機(jī)獲取總線控制權(quán)分為兩個步驟：

1. 主機(jī)分別通過HBUSREQx和HLOCKx分別向仲裁器申請獲取或鎖定總線控制權(quán)
2. 仲裁器分配總線控制權(quán)

主機(jī)通過自己的HBUSREQx向仲裁器申請總線控制權(quán)，仲裁器在時鐘上升沿采樣該信號，并通過內(nèi)置的優(yōu)先級算法決定總線控制權(quán)歸屬。一般來說，仲裁器僅會在一次傳輸完成后分配總線控制權(quán)，即將HMASTER置為獲取總線控制權(quán)的主機(jī)編號且在上一次突發(fā)傳輸?shù)牡箶?shù)第二個傳輸時改變HGRANTx，因此新HGRANTx可以在上一次突發(fā)傳輸?shù)淖詈笠淮蝹鬏斖瑫r被采樣。

但如果需要，仲裁器也可以通過打斷傳輸?shù)姆绞絻?yōu)先執(zhí)行優(yōu)先級更高的傳輸。若獲取總線控制權(quán)的主機(jī)申請鎖定總線，其他主機(jī)將無法獲得總線控制權(quán)。

對于指定突發(fā)長度的突發(fā)傳輸，仲裁器根據(jù)突發(fā)長度判斷需要總線控制權(quán)的時間，若結(jié)束后啟動下一次突發(fā)傳輸，需要再次請求控制權(quán)。對于未指定長度的突發(fā)傳輸，主機(jī)需要在傳輸過程中一直保持請求信號拉高，否則將仲裁器無法判斷何時收回總線控制權(quán)。

當(dāng)無主機(jī)申請總線時，總線的控制權(quán)被交給默認(rèn)的主機(jī)，即使該主機(jī)沒有申請總線控制權(quán)。此時默認(rèn)主機(jī)需要將HTRANS置為IDLE狀態(tài)。