【正文】 6 兩個AHB總線（單工）通過AHB/AHB橋接連接 69圖表 58 圖47 包含AHB/AHB總線的LEON3系統(tǒng) 75圖表 59 圖48 采用了雙向AHB2AHB橋設(shè)計的手機SOC芯片結(jié)構(gòu)圖 75表 目 錄表格 1 表21 AHB全局信號 17表格 2 表22 AHB仲裁信號 17表格 3 表23 AHB控制信號 18表格 4 表24 AHB傳輸響應信號 18表格 5 表25 AHB數(shù)據(jù)總線 18表格 6 表26 AHB地址譯碼信號 18表格 7 表27 AHB SPLIT能力信號 19表格 8 表28傳輸類型編碼 20表格 9 表29猝發(fā)傳輸編碼 21表格 10 表210傳輸響應類型編碼 23表格 11 表31 仲裁器端口信號定義 34表格 12 表32 地址內(nèi)存映射關(guān)系 36表格 13 表33 8種傳輸類型 46表格 14 表42 AHB/AHB橋接配置選項（屬性） 72表格 15 表43 AHB/AHB橋接信號 73表格 16 表44 AHB/AHB橋接配置選項（屬性） 78表格 17 表45 AHB/AHB橋接信號 78表格 18 表46 代碼覆蓋率 79表格 19 表47 MCS FILES LIST 79表格 20 表 48 The FPGA synthesis result of AHBLite 80表格 21 表 49 The FPGA synthesis result of AHB 80表格 22 表 410 The FPGA synthesis result of Multilayer AHB 81表格 23 表 411 The FPGA result of Multilayer AHB(Dual Port RAM) 81表格 24 表 412 The FPGA synthesis result of AHBLiteMEMCU 81第一章 緒論 總線的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀總線概念的提出來源于計算機系統(tǒng)的構(gòu)架，任何一個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路設(shè)計、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標準則容易使不同設(shè)備間實現(xiàn)互連。微機中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連；而系統(tǒng)總線是微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連；外部總線則是微機和外部設(shè)備之間的總線，微機作為一種設(shè)備，通過該總線和其他設(shè)備進行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級的互連。另外，從廣義上說，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實時性好，但由于占用的口線多，不適于小型化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式?？偩€體系結(jié)構(gòu)使得計算機系統(tǒng)具備了較高的兼容性，人們可以根據(jù)需求，以最小的變動靈活配置自己的計算機系統(tǒng)，擴充計算機系統(tǒng)的功能，從而使計算機廠家適應迅速變化的市場需求，效益是明顯的。相比傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，總線技術(shù)發(fā)展時間不是很長，但是發(fā)展變化的速度卻是極快。以下回顧一下計算機總線的發(fā)展歷程。計算機總線起源于20世紀60年代，由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，使計算機系統(tǒng)的構(gòu)成由分立的元器件向包括若干元器件的集成電路組成的功能模塊過渡，廠商在設(shè)計計算機系統(tǒng)時，也由原來的把系統(tǒng)要實現(xiàn)的全部功能設(shè)計在一塊大電路板上，向分成若干部分的功能模塊板過渡，然后再把各個功能模塊板插入計算機的設(shè)備框架中，這些框架用許多電纜線連在一起。由于插入和拔出功能模塊板的便利性，使一些額外性能可安裝在機器上。這些電纜線可以看作是最初的總線。1981年，IBM的一個研究小組推出了以8088為CPU的新一代個人計算機，為增加擴充能力也設(shè)計了總線。該總線被稱為PC或PC/XT總線。由于IBM公司的巨大影響力，更由于IBM公司對其推出的個人計算機采取的開放戰(zhàn)略，使個人計算機在技術(shù)上獲得了巨大的成功。PC/XT總線自然成為了PC機及其兼容機的總線標準。1984年使用Intel 80286微處理器的IBM PC/AT計算機使用了自己的AT總線。AT總線規(guī)范從未公布過，但是由于IBM PC機和286微機的影響，AT總線約定俗成，竟形成了事實上的標準計算機總線，即ISA(Industrial Standard Architecture)總線。1987年IBM公司年推出它的PS/250型微機時，改用了新的總線微通道結(jié)構(gòu)(Micro Channel Architecture). MCA總線采用了不少新技術(shù):采用總線主控技術(shù)，從而可以控制當前數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)總線還可通過總線仲裁機構(gòu)控制多個總線主控制器。采用了這項技術(shù)，使得總線能夠進行突發(fā)傳輸。中斷采用電平敏感信號?？赏ㄟ^固件來設(shè)置硬件資源。整個系統(tǒng)設(shè)計特別注重抗電磁干擾。可用普通元器件和可編程邏輯器件構(gòu)成。雖然MCA總線擁有技術(shù)上的先進性，但是由于IBM為了擴大市場份額采取了封閉的策略，并且其與之俱來的存儲周期長和與已有硬件的不兼容性使它難以在競爭激烈的微機市場找回失去的天地，其影響力遠遠不如下面提到的EISA總線。1988年Compaq公司聯(lián)合HP, AST, Epson, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse, ZDS等約500家廠商，推出了與MCA競爭的EISA (Extended Industrial Standard Architecture)總線。EISA總線的最大特點就是百分之百與ISA總線兼容，從而使得采用EISA總線的微機在傳統(tǒng)的PC機市場上占據(jù)了顯著的有利位置。1989年出現(xiàn)了第一代的EISA芯片組82350。其優(yōu)點是兼容性好，可靠性高，穩(wěn)定性強。缺點是外圍芯片太多。1991年后推出了第二代EISA芯片組82350DT。其優(yōu)點是集成度高，性能更強，外圍電路少。缺點是其二級Cache必須使用Intel的82485，這就限制了使用。Intel公司也于1977年推出的一種微機總線Multibus。最初是為Intel公司的80/86產(chǎn)品系列的使用而設(shè)計，但是由于其設(shè)計性能的先進性，以后在280，6800等芯片上也用得非常的好。1980年Multibus被IEEE標準化委員會推薦為IEEE 796標準。這種定義線數(shù)為86的總線，直接尋址能力可達1M字節(jié)，I/O端口尋址能力達到64k, Multibus在當時區(qū)別于其它總線的標準有二。一是提出“主從”的概念。系統(tǒng)中主設(shè)備控制Multibus接口，從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備提供的設(shè)備地址編碼和命令動作。在主從設(shè)備間交換信息時可允許不同速度的模塊改用Multibus。二是在多重處理系統(tǒng)中能夠連接多達16個主設(shè)備共享Multibus資源，這時它可按雛菊鏈優(yōu)先權(quán)方式或并行方式向多主設(shè)備提供控制信號。這種總線之所以被稱為Multibus，是因為在設(shè)計時實際上己提出了多總線的概念，即系統(tǒng)總線、局部總線和I/O擴展總線SBX, LBX。1985年美國Intel公司與ZILOq TEKTRONIX, NCR等18家公司正式推出，并由IEEE于1987年審定作為IEEE一P1296標準的Multibus II，它能支持32位，微處理器。Multibus II的最大貢獻是將網(wǎng)絡概念引入總線技術(shù)，允許在插件箱內(nèi)用網(wǎng)絡概念來組織多微處理器之間通過總線結(jié)構(gòu)互連和通信，用類似局域網(wǎng)的通信規(guī)程來保證在一個多處理器系統(tǒng)中各處理器模板間的有效信息的傳輸。因而Multibus II被譽為首開現(xiàn)代總線之先河。1992年5月VESA(視頻標準協(xié)會)制訂局部總線標準VESA局部總線(簡稱VL)技術(shù)。VL與EISA不同，實際上不需要有專用芯片，成本只是EISA的一半。VL是按32位設(shè)計的，但同樣支持16位，也可以向64位擴充。因此在CPU方面它支持386SX, 386DX, 486SX, 486DX, 486DX2和Pentium等Intel處理器。VL支持高速視頻控制器，最大傳輸速率可以達到132MB/s，滿足了圖形用戶界面和多媒體的需要。在提高性能的同時，VL bus也存在著缺點，由于VL bus不是很嚴格的標準，其工作穩(wěn)定性也就因設(shè)計人員而異，這也是它的缺點之一。V L bus的擴展情況隨所用CPU工作頗率而定，從而導致它的第二個缺點，兼容性差。V L bus的這些缺點導致了新一代標準總線PCI總線的興起。這項名為外圍部件互連的總線有嚴格的規(guī)范，它保證了這種總線系統(tǒng)具有良好的兼容性，即符合PCI規(guī)范的擴展卡可插入任何PCI系統(tǒng)而可靠地工作。PCI與VL相比有以下優(yōu)點：①正式從32 位升級到64位；②在突發(fā)方式下地址可無限地線性遞增；③傳輸率可增大1 倍； ④擴展性極好；⑤可允許5V 供電向3V 平滑過渡；⑥與CPU 無關(guān)，與時鐘頻率無關(guān)，可用于各種平臺，支持多處理器和并發(fā)工作。所有這些優(yōu)點使得PCI得到了廣泛的支持和應用，成為當前計算機主流局部總線。1996年7月Intel公司在PCI圖形接口的基礎(chǔ)上專為顯示卡接口提出AGP標準。這是一種與PCI總線迥然不同的圖形接口，它完全獨立于PCI總線之外，直接把顯卡與主板控制芯片聯(lián)在一起，使得3D圖形數(shù)據(jù)省略了越過PCI總線的過程，從而很好地解決了低帶寬PCI接口造成的系統(tǒng)瓶頸問題。1997年英特爾推出了第一款支持AGP總線技術(shù)的Pentium II處理器用的芯片組，“440LX”。在2002年9月發(fā)表了支持AGP 。以上的所描述的只是的總線發(fā)展在計算機領(lǐng)域的一個縮影。各個領(lǐng)域?qū)嶋H應用的總線協(xié)議遠不止上述幾種。例如流行的USB及IIC總線等等。而且，總線也沒有停止發(fā)展的步伐，在2001年春節(jié)的Intel開發(fā)者大會上，Intel展示將用來替代PCI總線和各種不同內(nèi)部芯片連接的第三代I/O總線技術(shù)，當時Intel稱之為“3GI0，意為“第三代I/O標準”，后更名為PCIexpress，它已被大家公認為下一代10年總線標準。 IP互連策略及片上總線系統(tǒng) 基于IP重用的設(shè)計方法學由于消費電子和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，SOC越來越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點。SOC在一塊硅片上集成了大量模塊，包括處理器、微控制器、存儲器、接口電路、專用電路等，因此，SOC意味著更大的設(shè)計規(guī)模。在SOC設(shè)計中，功能組裝正在逐漸代替功能設(shè)計，而成為主流的設(shè)計方法。傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，無論是HDL還是原理圖設(shè)計，重點都在于設(shè)計新的電路來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。但是漸漸地，IC包含各種IP模塊(微處理器、DSP、存儲器等等)，對于這種電路，工程師關(guān)注的焦點是:應該選擇哪些功能模塊、功能模塊如何使用、如何進行軟硬件的功能劃分、如何進行模塊互連、如何進行系統(tǒng)驗證等等。比較起來，以功能組裝為基礎(chǔ)或以設(shè)計復用為基礎(chǔ)的方法更能適應這種關(guān)注焦點的轉(zhuǎn)移，從而滿足SOC的設(shè)計需要。在現(xiàn)實的市場上，可以立刻重復使用的IP模塊很少，因為許多IP在設(shè)計之初都是針對特定的應用，而很少考慮到要與外來電路搭配使用。IP模塊本身的缺陷給IP集成帶來的一系列問題有：IP模塊的接口不能夠和SOC定義的片上總線很好地匹配，IP模塊提供的技術(shù)文檔不完善，IP模塊提供的技術(shù)支持不充分、不及時等。這些問題的關(guān)鍵在于IP的定義沒有一個通用的接口標準，這是因為芯片實現(xiàn)的功能千差萬別，性能方面的要求也由于應用領(lǐng)域的差異而不同，即使同樣功能的IP模塊在速度、面積、功耗、對外接口等方面也表現(xiàn)各異。國際上，一些大公司的解決辦法是逐步定義公司內(nèi)部甚至是幾個公司間通用的片上總線標準。片上總線(onchip bus)作為SOC集成系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)，可以把各個IP功能模塊間的相互通信問題，包括數(shù)據(jù)格式、通信聯(lián)絡、時序、協(xié)議等方面，從而為設(shè)計人員免去相當大的精力去考慮如何將自己設(shè)計的功能模塊和其他功能模塊連接起來，使得IF模塊集成起來更加方便。IP核是集成電路知識產(chǎn)權(quán)模塊的簡稱,它是經(jīng)過預先設(shè)計、預先驗證，具有相對獨立的功能，可以重復使用在SOC和復雜ASIC中的電路模塊，在工業(yè)界，其又常被稱為SIP。 IP產(chǎn)業(yè)最初起源于IC生產(chǎn)加工線所提供的標準單元庫。IC設(shè)計公司使用單元庫中的元件模型把基于高級語言的行為級描述轉(zhuǎn)換為基于電原理圖的網(wǎng)表。在一定意義上說，生產(chǎn)線提供預先設(shè)計好的“功能塊”，而設(shè)計公司則是系統(tǒng)集成公司，只不過在這個層次上功能塊的規(guī)模仍然十分小(邏輯門)，設(shè)計公司的工作量仍然十分繁重。隨著設(shè)計規(guī)模不斷增長，一個合乎邏輯的發(fā)展是:增大標準功能塊的規(guī)模，以減少設(shè)計公司的重復勞動，從而使設(shè)計周期仍然保持在合理的時間范圍內(nèi)。當標準功能塊發(fā)展到現(xiàn)在的上萬門規(guī)模時，一個獨立于生產(chǎn)線之外的產(chǎn)業(yè)誕生了，這就是IP產(chǎn)業(yè)。IP產(chǎn)業(yè)以商品的形式為系統(tǒng)集成公司提供具有一定規(guī)模的功能塊設(shè)計。目前業(yè)界普遍使用的是基于平臺的SOC設(shè)計方法，這種方法能有效的加速某個系列的派生產(chǎn)品的開發(fā)。它通常是由SOC核供應商提供基本的平臺結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)集成商從IP提供商處獲得所需要的IP在已有的平臺基礎(chǔ)上重新構(gòu)造自己的設(shè)計。一般來說SOC平臺已經(jīng)包含了一些系統(tǒng)所需的常用IP，如處理器核、外圍設(shè)備、存儲器、存儲管理單元、總線仲裁器以及互連結(jié)構(gòu)等，并且提供實時操作系統(tǒng)(RTOS, Real Time Operation System)，整個平臺同時也是一個完整的驗證環(huán)境，可以對集成新的IP后的系統(tǒng)進行快速的驗證。構(gòu)建SOC設(shè)計平臺，首先要考慮的便是如何把各功能IP模塊集成起來，亦即片內(nèi)互連結(jié)構(gòu)如何定義，具體來說也就是各功能模塊間的相互通信問題，包括數(shù)據(jù)格式、通信聯(lián)絡、時序、協(xié)議等方面。此外，在平臺交付給用戶進行隨后的開發(fā)，互連結(jié)構(gòu)也決定用戶是否能快速方便地加入自己專用的或第三方的IP模塊。對此國際上提出了許多不同的策略，但目前普遍被接受的仍是層次化片上總線的互連結(jié)構(gòu)。 幾種常用的片上總