【正文】 如果傳輸?shù)刂分赶蛄藳](méi)有定義的內(nèi)存區(qū)域，缺省從設(shè)備。譯碼器的內(nèi)存映射表具有相對(duì)的獨(dú)立性。這個(gè)部分包含系統(tǒng)的啟動(dòng)和初始化代碼。其地址內(nèi)存映射關(guān)系如表32所示。表格 35 圖36 正常仲裁過(guò)程仿真 AHB總線地址解碼器設(shè)計(jì)譯碼器的作用是對(duì)傳輸?shù)刂愤M(jìn)行譯碼，根據(jù)內(nèi)存映射表(Memory Map)產(chǎn)生該地址所對(duì)應(yīng)從設(shè)備的選擇信號(hào)。表格 34 圖35 仲裁算法流程圖36給出了正常仲裁過(guò)程的仿真時(shí)序。這一邏輯可以通過(guò)NValid信號(hào)和HBUSREQx相與實(shí)現(xiàn)。當(dāng)master收到SPLIT響應(yīng)時(shí)，該master的總線請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效(NValid= 0 ), 仲裁器仲裁時(shí)不考慮該master發(fā)出的總線請(qǐng)求信號(hào)，直到被SPLIT的master得到響應(yīng)可以再次傳輸時(shí)，該master的有效信號(hào)才有效(NValid= 1 )。當(dāng)仲裁器觀察到master收到SPLIT響應(yīng)，則會(huì)將master的優(yōu)先權(quán)給屏蔽起來(lái)，當(dāng)master的總線訪問(wèn)權(quán)被屏蔽后，該master將無(wú)法再獲得總線訪問(wèn)的權(quán)利，即使是沒(méi)有其它master訪問(wèn)總線時(shí)也一樣。reg_ hgrant 信號(hào)再經(jīng)過(guò)應(yīng)答模塊，一方面將總線應(yīng)答信號(hào)HGRANTx信號(hào)作為最后的輸出信號(hào)輸出到端口，另一方面該信號(hào)同時(shí)經(jīng)過(guò)應(yīng)答編譯模塊，根據(jù)一定的時(shí)序和邏輯，計(jì)算出當(dāng)前正在傳輸?shù)膍aster的設(shè)備號(hào)HMASTER信號(hào)和master鎖存信號(hào)。輸入HBUSREQxAHB主設(shè)備x發(fā)出的到總線仲裁器的總線請(qǐng)求信號(hào)輸入HLOCKxAHB主設(shè)備x 發(fā)出的鎖定傳輸信號(hào)輸入HGRANTxAHB總線允許信號(hào)，表示允許主設(shè)備x為當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)主設(shè)備輸出HMASTER[3:0]表示當(dāng)前被授予總線使用權(quán)的主設(shè)備號(hào)，用于AHB多路復(fù)用器的選擇信號(hào)，也用于帶SPLIT功能的從設(shè)備通知仲裁器哪個(gè)主設(shè)備需要完成SPLIT傳輸輸出HMASTLOCK總線鎖定傳輸信號(hào)，表示當(dāng)前傳輸為總線鎖定傳輸。 表格 32 圖34 Arbiter方塊圖信號(hào)名定義方向HCLKAHB 總線時(shí)鐘信號(hào)輸入HRESETnAHB 總線重置信號(hào)輸入HTRANS[1:0]AHB傳輸控制信號(hào)，包括 NONSEQUENTIAL，SEQUENTIAL，IDLE或者 BUSY 四種類型輸入HREADY傳輸完成信號(hào)輸入HRESP[1:0]AHB從設(shè)備發(fā)出的傳輸響應(yīng)信號(hào)，包括OKAY，ERROR，RETRY或者SPLIT四種響應(yīng)。這里，假定APB到AHB的橋接口電路為default master。Default maste:為系統(tǒng)中正常的master有BUSREQ接到仲裁器，當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有一個(gè)maste：向仲裁器發(fā)出BUSREQ時(shí)，此時(shí)仲裁器會(huì)把總線的擁有權(quán)交給default master?，F(xiàn)仲裁器在8 master0為dummy master, master1為default master。包括Default master和dummy個(gè)master之間提供仲裁以完成數(shù)據(jù)的傳輸。但是當(dāng)有更高優(yōu)先級(jí)的master的發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，總線的訪問(wèn)權(quán)會(huì)由高優(yōu)先級(jí)的master取得，但是如果原來(lái)得到RETRY響應(yīng)的master是當(dāng)時(shí)總線請(qǐng)求的master中優(yōu)先級(jí)別最高的，則總線還是繼續(xù)會(huì)被占住，而無(wú)法釋放給其它有需要的master。若所有的master都收到SPLIT的響應(yīng)信號(hào)，則仲裁器會(huì)把總線訪問(wèn)移交給dummy master(一種只會(huì)發(fā)出IDLE傳輸?shù)膍aster).當(dāng)回應(yīng)SPLIT的slave處理完傳輸?shù)囊蠛?，?huì)發(fā)出HSPLIT[15:0]的信號(hào)給master o 仲裁器會(huì)在時(shí)鐘的每一個(gè)上升沿采樣HSPLIT[15:0]，當(dāng)它收到HSPLIT[15:0]后，會(huì)將原來(lái)被屏蔽掉的master的總線優(yōu)先權(quán)解封，這樣master的優(yōu)先權(quán)就會(huì)回復(fù)原來(lái)的狀態(tài)而有機(jī)會(huì)去重新獲得總線訪問(wèn)權(quán)。同時(shí)，slave需要記錄master的信號(hào)，以便以后要通知仲裁器恢復(fù)那個(gè)master的優(yōu)先級(jí)。仲裁器還可以仲裁希望能完成SPLIT傳輸?shù)目偩€slave。當(dāng)master獲得總線訪問(wèn)權(quán)后仲裁器會(huì)發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)HMASTLOCK，這樣arbite:就不會(huì)把總線釋放給其它的master，直到master自行將HLOCK置為低電平取消鎖存信號(hào)，仲裁器才會(huì)在進(jìn)行總線仲裁的動(dòng)作，使其它的master可以進(jìn)行總線操作。Master會(huì)在時(shí)鐘的上升沿采樣HGRANT信號(hào)，當(dāng)采樣到HGRANT有效，并且HERADY同時(shí)為高電平時(shí)，表示該master獲得了總線的訪問(wèn)權(quán)并且可以開(kāi)始傳輸。這種仲裁的原理示意圖如圖33所示。這里我們的設(shè)計(jì)采取的是循環(huán)優(yōu)先級(jí)的總線仲裁機(jī)制。表格 30 圖32 仲裁器進(jìn)行鎖定傳輸?shù)臓顟B(tài)轉(zhuǎn)換圖 仲裁器仲裁機(jī)制AHB中沒(méi)有規(guī)定仲裁器的仲裁算法，它可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，采取不同的仲裁機(jī)制。仲裁器使用了一個(gè)狀態(tài)機(jī)來(lái)控制locked傳輸，它包括四個(gè)工作狀態(tài)：正常狀態(tài)(Norma1)，鎖定狀態(tài)(Locked)，分立狀態(tài)(Split)和最后一個(gè)鎖定狀態(tài)(Last Locked)。AHB總線還支持locked傳輸。當(dāng)AHB總線進(jìn)行split傳輸時(shí)，仲裁器將根據(jù)優(yōu)先級(jí)表和split寄存器的狀態(tài)做出最終的優(yōu)先級(jí)判斷。以下兩種情況下微處理器將自動(dòng)獲得總線的控制權(quán)：① 系統(tǒng)重新啟動(dòng)；② 總線正常工作但沒(méi)有任何主設(shè)備請(qǐng)求訪問(wèn)總線。以保證在任何情況下均可以進(jìn)行AMBA總線的測(cè)試；微處理器(一般為ARM核)的優(yōu)先級(jí)則被設(shè)為最低：其他的主設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。本設(shè)計(jì)中的優(yōu)先級(jí)表采用的是固定優(yōu)先級(jí)算法。在隨后的兩個(gè)周期內(nèi)分別向AHB總線發(fā)送地址／控制信號(hào)和寫(xiě)數(shù)據(jù)。如果有多個(gè)主設(shè)備同時(shí)申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)總線，仲裁器會(huì)根據(jù)各個(gè)主設(shè)備優(yōu)先級(jí)的高低，將AHB總線的控制權(quán)授予申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)總線的主設(shè)備中優(yōu)先級(jí)最高的一個(gè)，同時(shí)向被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)送一個(gè)Grant信號(hào)。當(dāng)主設(shè)備申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)AHB總線時(shí)。 仲裁器表格 29 圖31 AHB 仲裁器功能框圖AHB總線支持多主設(shè)備系統(tǒng)。系統(tǒng)都必須包括一個(gè)默認(rèn)的總線主設(shè)備，它只能執(zhí)行IDLE傳輸。新的在突發(fā)傳送的最后一個(gè)地址被采樣的同時(shí)被采樣。如果前一次傳輸中插入了等待狀態(tài)，則主設(shè)備對(duì)總線的占有權(quán)將被延遲。仲裁器收到總線請(qǐng)求信號(hào)后，通過(guò)激活合適的HGRANTx信號(hào)來(lái)指出哪個(gè)總線主設(shè)備是當(dāng)前請(qǐng)求總線的優(yōu)先級(jí)最高的主設(shè)備。如果主設(shè)備需要鎖定訪問(wèn)，則其必須激活HLOCKx信號(hào)來(lái)告訴仲裁器其他的主設(shè)備不能占用總線。AHB主設(shè)備可以在任一個(gè)周期請(qǐng)求總線。此外還有一個(gè)AHB默認(rèn)主設(shè)備，當(dāng)沒(méi)有主設(shè)備被授權(quán)時(shí)其將占用總線，但它只能發(fā)出IDLE類型傳輸。但由于的地址沒(méi)有完全映射，因此需要一個(gè)默認(rèn)從設(shè)備。中央選擇器根據(jù)仲裁器發(fā)出的HMASTER信號(hào)來(lái)確定將哪個(gè)主設(shè)備的寫(xiě)數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)廣播給從設(shè)備，還要根據(jù)譯碼器的譯碼結(jié)果，即HSELx，來(lái)選擇將哪個(gè)從設(shè)備的傳輸響應(yīng)和讀數(shù)據(jù)返回給主設(shè)備。雖然arbiter的界面協(xié)議是固定的，但是仲裁的算法可以依不同的應(yīng)用而有不同的實(shí)現(xiàn)方法。AHB總線上的元件都是同步電路，其中master主負(fù)責(zé)提供地址和控制信號(hào)去啟動(dòng)一個(gè)讀或者寫(xiě)操作；slave則依照master發(fā)出的讀寫(xiě)要求來(lái)進(jìn)行資料的傳輸，并作出如成功、失敗或者資料傳輸中的回應(yīng)信號(hào)。表格 28 圖211 APB寫(xiě)傳輸?shù)谌?AHB總線控制模塊設(shè)計(jì)AHB在AMBA中主要是當(dāng)作微處理器、直接存儲(chǔ)器和高頻率存儲(chǔ)器以及AHB Bridge之間的總線連接機(jī)制。下面以寫(xiě)傳輸為例(如圖211所示)，簡(jiǎn)要地加以描述。ENABLE狀態(tài)在該狀態(tài)，PENABLE信號(hào)有效，地址、讀寫(xiě)控制和片選信號(hào)繼續(xù)保持有效，總線在該狀態(tài)只保留一個(gè)時(shí)鐘周期，即轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)。APB外圍總線的工作過(guò)程可由圖2－10所示的工作狀態(tài)機(jī)描述。仲裁器同時(shí)也要將HMASTLOCK信號(hào)置為有效，它與地址和控制信號(hào)有相同的時(shí)序，該信號(hào)向從設(shè)備表明當(dāng)前傳輸是鎖定的，只有當(dāng)前鎖定傳輸處理完畢之后才可以處理別的遺留傳輸。仲裁器通過(guò)監(jiān)視來(lái)自每個(gè)主設(shè)備的HLOCKx信號(hào)確保在鎖定序列完成之前總線不能授權(quán)給其它主設(shè)備。這里，可以使用任意的合理組合都可以使用，因此，在5拍不定長(zhǎng)的猝發(fā)傳輸，或4拍固定長(zhǎng)度的猝發(fā)傳輸后緊跟1拍不定長(zhǎng)的猝發(fā)傳輸都是可以接受的。與此同時(shí)，主設(shè)備必須調(diào)整HBURST和HTRANS信號(hào)，沒(méi)有必要再執(zhí)行一個(gè)完整的4, 8或16拍的猝發(fā)傳輸。然而，仲裁器如果決定猝發(fā)傳輸必須提前終止以防止對(duì)總線訪問(wèn)時(shí)間過(guò)分占用，它就可以在猝發(fā)傳輸完成之前把總線授權(quán)給另外一個(gè)總線主設(shè)備。圖28給出了具有等待狀態(tài)的總線授權(quán)過(guò)程。但此時(shí)并不表明該主設(shè)備就獲得了總線，只有等到采樣HREADY為高電平時(shí)，它才真正獲得總線所有權(quán)，開(kāi)始總線訪問(wèn)。若主設(shè)備在進(jìn)行當(dāng)前猝發(fā)傳輸之后緊接著還要執(zhí)行下一個(gè)猝發(fā)傳輸，應(yīng)在當(dāng)前猝發(fā)傳輸期間重新將總線請(qǐng)求信號(hào)置為有效，若主設(shè)備在猝發(fā)傳輸過(guò)程中失去對(duì)總線的訪問(wèn)，它必須重新將總線請(qǐng)求信號(hào)置為有效以便下次獲得對(duì)總線的訪問(wèn)。當(dāng)主設(shè)備被授權(quán)使用總線并開(kāi)始一個(gè)固定長(zhǎng)度猝發(fā)傳輸后，沒(méi)有必要繼續(xù)請(qǐng)求總線，仲裁器通過(guò)監(jiān)視猝發(fā)傳輸過(guò)程和HBURST控制信號(hào)可以知道當(dāng)前猝發(fā)傳輸何時(shí)結(jié)束。 請(qǐng)求總線訪間AHB總線的仲裁是隱含的，一次仲裁可以在前一次總線訪問(wèn)期間完成，從而仲裁不必占用AHB總線周期。這一功能由仲裁器來(lái)完成。總線主設(shè)備按相同的方式對(duì)待SPLIT響應(yīng)，即將繼續(xù)請(qǐng)求總線重試傳輸，直到傳輸成功完成或發(fā)生了傳輸錯(cuò)誤。對(duì)于SPLIT傳輸，仲裁器將調(diào)整優(yōu)先級(jí)方案，以便讓其它任何主設(shè)備獲取對(duì)總線的訪問(wèn)，即使其優(yōu)先級(jí)更低，不過(guò)，仲裁器需要知道從設(shè)備何時(shí)可以提供數(shù)據(jù)以完成當(dāng)前傳輸。SPLIT和RETRY的區(qū)別主要體現(xiàn)在:當(dāng)一個(gè)SPLIT或RETRY響應(yīng)發(fā)生時(shí)，仲裁器分配總線方案的不同。 分立(SPLIT)與重試(RETRY)比較SPLIT和RETRY響應(yīng)都為總線從設(shè)備提供一種機(jī)制:當(dāng)從設(shè)備不能立即為傳輸提供數(shù)據(jù)時(shí)，釋放總線。兩個(gè)周期的響應(yīng)是由AHB總線的流水特性決定的。圖27給出了一個(gè)重試響應(yīng)傳輸時(shí)序圖。從設(shè)備在倒數(shù)第二個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)驅(qū)動(dòng)HRESP信號(hào)表示ERROR, RETRY或者SPLIT，同時(shí)驅(qū)動(dòng)HREADY至低電平將傳輸延伸以額外時(shí)鐘周期。HRESP[1:0]類型描述00OKAY表明當(dāng)前傳輸進(jìn)行正常01ERROR表明當(dāng)前傳輸失敗10RETRY表明當(dāng)前傳輸還不能完成，需要主設(shè)備重試這個(gè)傳輸。具體傳輸響應(yīng)倩況有以下幾種方式：(1)立即完成傳輸(2)插入一個(gè)或多個(gè)等待狀態(tài)后完成傳輸(3)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)表明傳輸失敗(4)延遲傳輸完成，但允許主設(shè)備和從設(shè)備撤離總線，留給別的傳輸使用 傳輸響應(yīng)類型在AHB協(xié)議中傳輸響應(yīng)可分為4種類型，由信號(hào)HRESP[1:0]指明。前者用來(lái)延展傳輸。AHB規(guī)范中沒(méi)有對(duì)主設(shè)備取消一個(gè)開(kāi)始的傳輸沒(méi)有做出明確的規(guī)定。 AHB傳輸響應(yīng)總線主設(shè)備發(fā)起傳輸后，從設(shè)備然后決定如何進(jìn)行傳輸。在一個(gè)猝發(fā)過(guò)程中，其地址變化不能穿越1 kByte邊界。猝發(fā)過(guò)程中每個(gè)傳輸都必須按傳輸大小(數(shù)據(jù)寬度):對(duì)齊(align)到地址邊界上。無(wú)論是固定長(zhǎng)度猝發(fā)傳輸還是不定長(zhǎng)度的猝發(fā)傳間，按1 kByte對(duì)齊己足夠的小。HBURST[2:0]類型描述000SINGLE單個(gè)傳輸001INCR不定長(zhǎng)度的遞增式猝發(fā)010WRAP44拍包繞式猝發(fā)011INCR44拍遞增式猝發(fā)100WRAP88拍包繞式猝發(fā)101INCR88拍遞增式猝發(fā)110WRAP1616拍包繞式猝發(fā)111INCR1616拍遞增式猝發(fā)表格 21 表29猝發(fā)傳輸編碼圖26顯示了一個(gè)4拍的包繞式猝發(fā)傳輸。在AHB協(xié)議中猝發(fā)傳輸類型由信號(hào)HBURST[2:0]指明。包繞式猝發(fā)這種猝發(fā)過(guò)程中，如果傳輸?shù)钠鹗嫉刂窙](méi)有按猝發(fā)長(zhǎng)度(按字節(jié)數(shù)計(jì)算，等于節(jié)拍數(shù)X傳輸大小)對(duì)齊，則當(dāng)傳輸?shù)刂愤f增到地址邊界時(shí)傳輸?shù)牡刂穼@。遞增式猝發(fā)用來(lái)訪問(wèn)連續(xù)的地址空間，猝發(fā)過(guò)程中每個(gè)傳輸?shù)牡刂肥乔皞€(gè)傳輸?shù)刂返倪f增。 AHB猝發(fā)操作AMBA AHB協(xié)議定義了4, 8, 16拍(beat)猝發(fā)以及不定常的猝發(fā)和單個(gè)傳輸(single transfer)。但是這次從設(shè)備不能完成，所以從設(shè)備使用HREADY信號(hào)插入一個(gè)單周期的等待。本例中主設(shè)備在開(kāi)始第二個(gè)傳輸之前僅僅需要一個(gè)時(shí)鐘周期，這能夠使用無(wú)等待狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。表格 19 表28傳輸類型編碼表格 20 圖25 AHB傳輸類型舉例第一個(gè)傳輸周期是一個(gè)猝發(fā)傳輸?shù)拈_(kāi)始，它是NONSEQ類型。10NOSEQ表明該傳輸為猝發(fā)傳輸?shù)牡谝粋€(gè)傳輸或單個(gè)傳輸。一般當(dāng)某主設(shè)備獲得總線所有權(quán)，但又不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使用。圖25給出的例子中包含了三種傳輸類型。需要注意的是，當(dāng)從設(shè)備插入等待狀態(tài)延展數(shù)據(jù)段的同時(shí)，也有副作用，即延展了下一個(gè)傳輸?shù)牡刂范?，如圖24所示。圖23給出了一個(gè)帶有兩個(gè)等侍狀態(tài)的簡(jiǎn)單傳輸。表格 16 表27 AHB SPLIT能力信號(hào) AHB基本傳輸AHB傳輸由兩部分組成：地址段和數(shù)據(jù)段。該信號(hào)與HMASTER信號(hào)時(shí)序相同。它與地址/控制信號(hào)有相同時(shí)序。其寬度可擴(kuò)展到1024位。其寬度可擴(kuò)展到1024位。HRESP[1:0]傳輸響應(yīng)信號(hào)，提供有關(guān)傳輸狀態(tài)的信息(成功、錯(cuò)誤、重試或分立)。該信號(hào)在一般系統(tǒng)中可選。HBURST[2:0]猝發(fā)類型信號(hào)，表明當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為何種猝發(fā)傳輸類型。HSIZE[3:0]傳輸大小信號(hào)，表明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度為多大，典型值有:字節(jié)(8位)、半字(16位)和字(32位)。HTRANS [1:0]傳輸類型信號(hào)，表明當(dāng)前傳輸?shù)念愋?。只有?dāng)HGRANTx和HREADY同時(shí)有效時(shí)，主設(shè)備x才獲得地址/控制總線使用權(quán)。HLOCKx鎖定傳輸信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)有效，表明主設(shè)備請(qǐng)求對(duì)總線進(jìn)行鎖定訪問(wèn)，此時(shí)其它主設(shè)備只有等到該信號(hào)無(wú)效時(shí)才能被授予總線。HCLK