什么是AMBA? ARM官方給出的應(yīng)用定義如下：

ARM AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)協(xié)議是一種公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于片上系統(tǒng)(SoC)中功能模塊連接和管理的互聯(lián)規(guī)范。它有助于一次性正確開(kāi)發(fā)具有大量控制器和外設(shè)的多處理器設(shè)計(jì)。AMBA通過(guò)定義SoC模塊的通用接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)促進(jìn)設(shè)計(jì)的重用性。

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AMBA的歷史脈絡(luò)

AMBA的故事可以追溯到1995年，當(dāng)時(shí)ARM的規(guī)模要小得多，在歐盟的資助，ARM內(nèi)部做了高級(jí)微控制器總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的研發(fā)。在1996年，ARM將內(nèi)部研究的高級(jí)微控制器總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)(不是ARM總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu))公開(kāi)作為一個(gè)開(kāi)放體系，從而促進(jìn)了具有大量控制器和外設(shè)的多處理器設(shè)計(jì)的發(fā)展。

自從ARM架構(gòu)開(kāi)放之后，AMBA的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了微控制器的領(lǐng)域。今天AMBA已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在ASIC和SoC設(shè)計(jì)中，而這些設(shè)計(jì)通常是應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)等領(lǐng)域。

第一代總線(xiàn)是1997年發(fā)布的AMAB標(biāo)準(zhǔn)。主要包括兩種總線(xiàn)協(xié)議，Advanced System Bus (ASB) 和 Advanced Peripheral Bus (APB). 此時(shí)的定位是ASB作為高性能總線(xiàn)，滿(mǎn)足高性能處理器的需求，支持pipeline與多master操作。APB作為低速總線(xiàn)，屬于二級(jí)總線(xiàn)滿(mǎn)足外設(shè)與微處理器的通信需求。

第二代總線(xiàn)是1999年發(fā)布的AMBA2標(biāo)準(zhǔn)。ARM增加了AMBA High-performance Bus (AHB)協(xié)議。AMBA2被廣泛應(yīng)用在ARM7,ARM9的設(shè)計(jì)中，并且現(xiàn)在還一直應(yīng)用在Cortex-M系列的設(shè)計(jì)中。在AMBA2中，AHB是ASB的一個(gè)升級(jí)，同樣作為高性能總線(xiàn)除了支持pipeline與多master，還支持burst傳輸和split事務(wù)處理。逐漸用AHB替代了ASB總線(xiàn)，ASB總線(xiàn)被淘汰，AHB和APB這對(duì)組合得到了廣泛的應(yīng)用。

第三代總線(xiàn)是2003年發(fā)布的AMBA3標(biāo)準(zhǔn)。在第三代總線(xiàn)中，除了增加AHB-Lite精簡(jiǎn)協(xié)議，升級(jí)了APB總線(xiàn)外，為了滿(mǎn)足更高的互聯(lián)性能需求，增加了Advanced eXtensible Interface (AXI)，這是一個(gè)重要的標(biāo)志，至此開(kāi)啟了高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通道，在AXI總線(xiàn)的加持下，系統(tǒng)性能得到了質(zhì)的提升。在AMBA3中，同時(shí)增加了Advanced Trace Bus (ATB)總線(xiàn)作為片上調(diào)試的總線(xiàn)接口，為debug和trance提供一種解決方案。

第四代總線(xiàn)是2010年發(fā)布的AMBA4標(biāo)準(zhǔn)。AMBA4中對(duì)APB做了進(jìn)一步的升級(jí)成為APB4協(xié)議，另外AMBA4中主要增加了AXI4,AXI4-lite,AXI Stream協(xié)議，算是針對(duì)AMBA3的升級(jí)，總線(xiàn)的性能得到了進(jìn)一步的提升，同時(shí)針對(duì)微處理器的需求進(jìn)一步優(yōu)化了相關(guān)協(xié)議。在2011年又增加了ACE(AXI Coherency Extensions)，ACE-Lite一致性總線(xiàn)，是在AXI的基礎(chǔ)上為了滿(mǎn)足多處理器簇的一致性需求而制訂的系統(tǒng)總線(xiàn)。ACE可以讓不同的處理器簇共享系統(tǒng)內(nèi)存，比如ARM的big.LITTLE處理器。它被廣泛應(yīng)用在ARM的Cortex-A9和ARM Cortex-A15處理器中。

第五代總線(xiàn)是從2013年開(kāi)始，一直持續(xù)到現(xiàn)在。最重要的是增加了CHI (Coherent Hub Interface) 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，CHI是一種重新定義與設(shè)計(jì)的告訴傳輸層總線(xiàn)，可以有效的較少通路阻塞。它的架構(gòu)針對(duì)多設(shè)備大流量接入時(shí)如何保持高性能做了可伸縮的設(shè)計(jì)。通過(guò)構(gòu)建更有效的一致性協(xié)議傳輸保證了復(fù)雜系統(tǒng)傳輸?shù)男阅?。另外AMBA5也陸續(xù)升級(jí)了其他的協(xié)議版本，如AXI5,ACE5,AHB5,APB5,ATP,DTI 以滿(mǎn)足系統(tǒng)的最新需求。

02

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不同AMBA協(xié)議介紹

AMBA CHI ：定義了支持處理器全一致性接口協(xié)議。例如在Cortex-A76和Cortex-A65，動(dòng)態(tài)memory控制器例如CoreLink DMC-620，以及高性能無(wú)阻塞互聯(lián)矩陣如CoreLink CMN600。它適合廣泛應(yīng)用在需要一致性應(yīng)用的系統(tǒng)中，包括移動(dòng)設(shè)備，互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，汽車(chē)電子以及數(shù)據(jù)中心等。CHI規(guī)范對(duì)協(xié)議層與傳輸層做了分離，以滿(mǎn)足針對(duì)PPA的不同設(shè)計(jì)需求。這種拆分可以允許設(shè)計(jì)者選擇實(shí)現(xiàn)小的高效cross-bar結(jié)構(gòu)，或者實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能大規(guī)模的mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

AMBA AXI and ACE：定義了高性能，高帶寬的互聯(lián)設(shè)計(jì)協(xié)議。被廣泛應(yīng)用在電信設(shè)備，消費(fèi)電子，互聯(lián)網(wǎng)，汽車(chē)電子以及嵌入式中。

AMBA AHB：定義了高性能總線(xiàn)接口協(xié)議，AHB協(xié)議被廣泛應(yīng)用在Cortex-M系列的處理器中，如一些嵌入式設(shè)備或者低延時(shí)的SoC外設(shè)中。

AMBA APB：是一種低功耗，低帶寬配置總線(xiàn)，主要應(yīng)用在在一些低帶寬數(shù)據(jù)傳輸以及一些寄存器的配置中。

AMBA AXI-Stream：定義了一種單向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，大大減少信號(hào)路由時(shí)間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸。

AMBA CXS：定義了一個(gè)可信的，非阻塞流接口協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的包傳輸。針對(duì)片上互聯(lián)和PCIe控制器之間的CCIX和CXL包傳輸協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化。CXS針對(duì)寬接口進(jìn)行了優(yōu)化，使得數(shù)據(jù)包可以高速率的傳輸?shù)酵獠拷涌冢⑶铱梢詫⒍鄠€(gè)報(bào)文合并為一次傳輸。

AMBA ATP(Adaptive Traffic Profiles)：自適應(yīng)流量配置，是一個(gè)綜合流量控制架構(gòu)，可以方便的實(shí)現(xiàn)模型系統(tǒng)master，slave在高層次級(jí)別簡(jiǎn)單、有效的訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存。這種流量控制架構(gòu)可以被方便的應(yīng)用在多種工具以及設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)境中，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與驗(yàn)證復(fù)雜SoC系統(tǒng)的需求。實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單高效、方便調(diào)節(jié)的系統(tǒng)仿真機(jī)制。

AMBA DTI(Distributed Translation Interface)：AMBA分布式傳輸接口，主要是應(yīng)用在系統(tǒng)MMU (SMMU) 架構(gòu)中，定義了一種可伸縮的分布式消息傳輸協(xié)議。主要實(shí)現(xiàn)SMMU中TCU與TBU，以及TCU與PCIe ATS的通信。