chap4微機(jī)總線技術(shù)規(guī)范與總線標(biāo)準(zhǔn)管理(編輯修改稿)
2025-02-26 03:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)半同步并行總線時(shí)序n 特點(diǎn)：同時(shí)使用主模塊的 時(shí)鐘信號(hào) 和從模塊的 聯(lián)絡(luò)信號(hào)n 優(yōu)點(diǎn)： 兼有同步總線的速度和異步總線的可靠性與適應(yīng)性252。Ready信號(hào)可作為慢速設(shè)備的異步聯(lián)絡(luò)信號(hào)252。CLK信號(hào)作為快速設(shè)備的同步時(shí)鐘信號(hào)43微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總線標(biāo)準(zhǔn)n 總線標(biāo)準(zhǔn)包括：u邏輯規(guī)范：邏輯信號(hào)電平u時(shí)序規(guī)范u電氣規(guī)范u機(jī)械規(guī)范u通信協(xié)議44微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) SoC的片內(nèi)總線n 片上總線特點(diǎn)u簡(jiǎn)單高效216。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：占用較少的邏輯單元216。 時(shí)序簡(jiǎn)單：提供較高的速度216。 接口簡(jiǎn)單：降低 IP核連接的復(fù)雜性u(píng)靈活，具有可復(fù)用性216。 地址 /數(shù)據(jù)寬度 可變、 互聯(lián)結(jié)構(gòu) 可變、 仲裁機(jī)制 可變u功耗低216。 信號(hào)盡量不變、 單向信號(hào)線 功耗低、時(shí)序簡(jiǎn)單n 片內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)uARM的 AMBA 、 IBM的 CoreConnectuSilicore的 Wishbone、 Altera的 Avalon45微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)ARM的 AMBA: Advanced Microcontroller Bus Architecturen 先進(jìn) 高性能總線 AHB （ Advanced Highperformance Bus）u 適用于高性能和高吞吐設(shè)備之間的連接，如 CPU、 片上存儲(chǔ)器、 DMA設(shè)備、 DSP等n 先進(jìn) 系統(tǒng)總線 ASB（ Advanced System Bus）u 適用于高性能系統(tǒng)模塊。與 AHB的主要不同是讀寫數(shù)據(jù)采用了一條雙向數(shù)據(jù)總線n 先進(jìn) 外設(shè)總線 APB（ Advanced Peripheral Bus）u 適用于低功耗外部設(shè)備，經(jīng)優(yōu)化減少了功耗和接口復(fù)雜度u 適合較復(fù)雜的應(yīng)用，需要遵守較簡(jiǎn)單的操作協(xié)議；擁有眾多的第三方支持46微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AMBA總線47微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)高性能ARM核高性能片上RAM高性能DMAC核高帶寬片外存儲(chǔ)器接口橋鍵盤 UARTTimerPIOAHB or ASBAPB48微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)IBM CoreConnectn 處理器 局部總線 PLB（ Processor Local Bus）u 高帶寬、低延遲、高性能u 連接高速 CPU核、高速 MEM控制器、高速 DMAC等高性能設(shè)備n 片內(nèi)的 外設(shè)總線 OPB（ Onchip Peripheral Bus）u 連接低性能設(shè)備，減少其對(duì) PLB的性能影響u 通過(guò) OPB橋?qū)崿F(xiàn) PLB主設(shè)備和 OPB從設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸n 設(shè)備 控制寄存器總線 DCR（ Device Control Register）u 用于配置 PLB設(shè)備和 OPB設(shè)備的狀態(tài)寄存器和控制寄存器u 減輕 PLB總線在低性能狀態(tài)下的負(fù)荷n 方案完整，但一般用于高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（如工作站），不太適合簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用49微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)CoreConnect總線結(jié)構(gòu)框圖Embedded System高性能CPU核高速存儲(chǔ)器 仲裁DMAC核外部總線結(jié)構(gòu)接口OPB 橋Keyboard UARTTimerPIOPLBOPBDCR50微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)Silicore的 Wishbonen 定義了一條高速總線的 信號(hào)和總線周期 。在復(fù)雜系統(tǒng)中可采用兩條 Wishbone總線分別連接高速和低速設(shè)備，兩條總線之間的接口簡(jiǎn)單n 提供了 4種互連方式 ：兩個(gè) IP核的點(diǎn)到點(diǎn)連接；多個(gè)串行 IP核的數(shù)據(jù)流連接；多個(gè) IP核的共享總線連接、高吞吐量的交叉開關(guān)n 完全免費(fèi)，開發(fā)性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互連靈活；通常應(yīng)用于簡(jiǎn)單的嵌入式控制器和一些高速系統(tǒng)中，但對(duì)高性能系統(tǒng)的支持不夠51微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)Altera的 Avalonn 主要用于 Altera公司的 NIOS軟核 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SOPCn 規(guī)定了 主設(shè)備和從設(shè)備 之間進(jìn)行連接的端口和通信時(shí)序，配置簡(jiǎn)單，可由 EDA工具（SOPC Builder）快速生成n 采用 從設(shè)備仲裁 技術(shù)，允許多個(gè)主設(shè)備真正同步操作，優(yōu)化了數(shù)據(jù)流，提高了系 統(tǒng)的吞吐量52微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)Avalon的交換式總線結(jié)構(gòu)53微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AMBA總線 n AMBA總線規(guī)范是由 ARM公司推出的一種用于高性能嵌入式微處理器設(shè)計(jì)的片上總線標(biāo)準(zhǔn)，由于 AMBA總線的開放性和其本身的高性能，以及由于 ARM處理器的廣泛應(yīng)用，AMBA已成為 SOC設(shè)計(jì)中使用最廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)。n 目前 AMBA 總線規(guī)范的版本為 ，它定義了三組不同的總線： AMBA高性能總線 AHB， AMBA高性能系統(tǒng)總線 ASB和AMBA 高性能外設(shè)總線 APB。 n AHB作為高性能的系統(tǒng)中樞總線驅(qū)動(dòng)速度較快的設(shè)備，支持突發(fā)模式的數(shù)據(jù)傳送和事務(wù)分隔，并支持流水線操作。 n APB則是作為傳送速度較低的外圍設(shè)備總線，驅(qū)動(dòng)速度較慢的設(shè)備。 54微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)ARM處理器核寬帶片上RAMDMA控制器寬帶外部RAM接口 橋UART PIO定時(shí)器鍵盤控制器AHB或 ASB總線 APB總線AHB的特性 ：?jiǎn)蝹€(gè)時(shí)鐘邊沿操作； 非三態(tài)的實(shí)現(xiàn)方式； 支持突發(fā)傳輸； 支持分段傳輸； 支持多個(gè)主控制器（最多 16個(gè)模塊）； 可配置 32位～ 128位總線寬度； 支持字節(jié)、半字和字的傳輸。 典型的 AMBA構(gòu)架55微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB總線的接口信號(hào) n AHB 系統(tǒng)由主模塊 (Master)、從模塊 (Slave)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(Infrastructure)3部分組成，整個(gè) AHB總線上的傳輸都是由主模塊發(fā)出，由從模塊負(fù)責(zé)回應(yīng)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)則由仲裁器 (arbiter)、主模塊到從模塊的多路器、從模塊到主模塊的多路器 、譯碼器、虛擬從模塊、虛擬主模塊等組成。 AHB總線的接口信號(hào) 時(shí)鐘信號(hào)仲裁信號(hào)地址信號(hào)控制信號(hào)寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)響應(yīng)信號(hào) 除了時(shí)鐘與仲裁信號(hào)之外，其余的信號(hào)皆通過(guò)多路器傳送。 56微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB總線的互連 57微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB總線主模塊接口 58微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) AHB總線從模塊接口 59微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB總線仲裁器接口 60微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB基本傳輸 n 在 AHB總線上，一次完整的傳輸可以分成兩個(gè)階段：地址傳送階段與數(shù)據(jù)傳送階段。地址傳送階段傳送的是地址與控制信號(hào)，這個(gè)階段只持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，在 HCLK 的上升沿?cái)?shù)據(jù)有效，所有的從模塊都在這個(gè)上升沿采樣地址信息。 n 數(shù)據(jù)傳送階段傳送的是讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)和響應(yīng)信號(hào)，這一階段可以持續(xù)一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送無(wú)法在一個(gè)時(shí)鐘周期完成時(shí)，可以通過(guò) HREADY 信號(hào)來(lái)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳送周期， HREADY信號(hào)為低電平時(shí)，表示傳輸尚未結(jié)束，于是就在數(shù)據(jù)傳送階段中加入等待周期，直到 HREADY信號(hào)為高電平為止。 61微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB基本傳輸過(guò)程 62微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)AHB總線流水線操 63微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)APB總線 APB
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