1 - AHB引言

在上篇文章文章我們已經(jīng)分析了AMBA總線(xiàn)系列中的APB總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

缺點(diǎn)1： APB支持且僅支持一個(gè)主機(jī)

缺點(diǎn)2： APB兩個(gè)周期才能完成一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸效率不高。

所以針對(duì)以上的缺點(diǎn)，ARM 開(kāi)發(fā)了更高級(jí)的總線(xiàn)AHB，下文將詳述AHB基于APB的改進(jìn)點(diǎn)，改進(jìn)策略，以及AHB的協(xié)議運(yùn)行機(jī)制。

1-1 背景

在[漫談AMBA總線(xiàn)-APB]文章中我們知道 只有一個(gè)水果店，只賣(mài)三種水果分別是：草莓藍(lán)莓和蘋(píng)果。 隨著該地區(qū)人數(shù)的上漲， 一個(gè)水果店（單主機(jī)） 已經(jīng)不能滿(mǎn)足該地區(qū)的要求，又因?yàn)?水果店和廠(chǎng)商的配合時(shí)間太長(zhǎng)（傳輸效率低） ，所以大家在商議之下，又開(kāi)了一家水果店，兩家水果店獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。在這樣的情況下，之前設(shè)計(jì)的 水果運(yùn)輸總線(xiàn)（類(lèi)比APB） 就不能滿(mǎn)足當(dāng)前的需求，所以需要根據(jù)當(dāng)前的需求重新定制水果運(yùn)輸總線(xiàn)V2。

對(duì)于V2版本的水果運(yùn)輸總線(xiàn)，在 尋求制定策略方面碰到很多問(wèn)題 ，但是最主要的兩個(gè)問(wèn)題如下：

**問(wèn)題1 : ** 當(dāng)水果店1和水果店2同時(shí)缺貨 ，所以 同時(shí)使用大喇叭廣播自己的訂單需求 ，那么供應(yīng)廠(chǎng)商 由于兩個(gè)大喇叭同時(shí)通知，會(huì)聽(tīng)不清訂單的需求，因?yàn)榛ハ喔蓴_ 。

概念 1：總線(xiàn)碰撞（Bus Collision ）

由于水果店1和水果店2同時(shí)使用大喇叭廣播自己的需求，導(dǎo)致供貨商聽(tīng)不清訂單需求，那么這次水果運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)就算是失敗的。

類(lèi)比：

在AHB總線(xiàn)里面，ARM在設(shè)計(jì)的時(shí)候就支持連接多個(gè)主機(jī)進(jìn)行操作。當(dāng)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的主機(jī)同時(shí)發(fā)起數(shù)據(jù)操作的時(shí)候，那么總線(xiàn)就會(huì)產(chǎn)生混亂，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。

本質(zhì)原因： 一條總線(xiàn)服務(wù)兩個(gè)主機(jī)，難免會(huì)產(chǎn)生沖突，比如兩個(gè)人同時(shí)打第三個(gè)人的電話(huà)，第三個(gè)人只能接其中某一個(gè)人的電話(huà)，主要是 資源沖突 。

解決方法：

（1） 給 每個(gè)水果店配套一個(gè)水果運(yùn)輸總線(xiàn) ，同時(shí) 供應(yīng)廠(chǎng)商也再配套三個(gè) ，專(zhuān)門(mén)為對(duì)應(yīng)的水果店服務(wù)（因?yàn)楣?yīng)商同時(shí)只能服務(wù)一家客戶(hù)），在IC設(shè)計(jì)中也叫 資源復(fù)制 。這種方案設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單，但是耗費(fèi)大量的資源。

（2） 當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)水果店同時(shí)進(jìn)行訂單需求的時(shí)候，水果店自己需要先確認(rèn) 一下另一個(gè)水果店有沒(méi)有廣播 ，如果有，就等另一個(gè)水果店使用大喇叭廣播完畢，自己再使用大喇叭廣播，在總線(xiàn)協(xié)議中，這個(gè)動(dòng)作也叫 總線(xiàn)偵聽(tīng) 。

（3） 兩個(gè)水果店 不想派人力進(jìn)行偵聽(tīng)廣播（或者不具備條件） ，所以購(gòu)買(mǎi)一個(gè) 仲裁設(shè)施 ，該設(shè)施對(duì)水果店進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)，如果兩個(gè)水果店同時(shí)發(fā)起要求，那么最重要的水果店****先獲得使用這個(gè)仲裁設(shè)施的允許再使用大喇叭廣播（這個(gè)獲取仲裁設(shè)施的允許也叫獲取總線(xiàn)授權(quán)），等最重要的水果店完成訂單之后，仲裁設(shè)施再服務(wù)相對(duì)比較不重要的水果店，總線(xiàn)仲裁中 稱(chēng)為優(yōu)先級(jí)仲裁策略 。

結(jié)論： ARM在升級(jí)APB的時(shí)候，為了支持多主機(jī)，同時(shí)為了解決總線(xiàn)沖突的問(wèn)題，引入了第三種解決方法（ 優(yōu)先級(jí)仲裁 ），給每個(gè)主機(jī)分配不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的主機(jī)先發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)低的等待完成之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

PS：CAN總線(xiàn)，IIC總線(xiàn)使用的是第二種解決方法（總線(xiàn)偵聽(tīng)）來(lái)解決總線(xiàn)碰撞的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，分布式總線(xiàn)比較傾向于使用第二種策略，集中式總線(xiàn)比較傾向于第三種（例如SOC片內(nèi)總線(xiàn)）。

Q1 ：可能有同學(xué)會(huì)問(wèn)，那 兩個(gè)水果店同時(shí)發(fā)起請(qǐng)求的幾率很小 ，有沒(méi)有必要引入優(yōu)先級(jí)仲裁策略：

答：如果為了安全的完成數(shù)據(jù)的策略，即使這種情況出現(xiàn)的概率很小，但是也要考慮這種最壞的情況。同時(shí)同樣的問(wèn)題，在SOC設(shè)計(jì)中遇到這種情況的概率相對(duì)較大。

問(wèn)題2： 在上一版本水果運(yùn)輸總線(xiàn)的時(shí)候， 水果店需要一箱水果 ，則廠(chǎng)家就需要 提供一次水果的運(yùn)輸 ，水果店 再需要一箱 ，又得 再次提供一次水果的運(yùn)輸 ，這就導(dǎo)致了水果店訂單小，但是經(jīng)常發(fā)起訂單，浪費(fèi)了廠(chǎng)家有效運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，因?yàn)?***等待訂單和運(yùn)輸是串行工作 ，先訂單發(fā)出再運(yùn)輸再發(fā)出訂單再運(yùn)輸 。

概念2：突發(fā)傳輸（Burst）

水果店發(fā)起請(qǐng)求的時(shí)候，不是按照一箱水果作為訂單的單位，而是10箱或者其他數(shù)目N個(gè)作為訂單請(qǐng)求(Burst類(lèi)型)，雖然 廠(chǎng)家運(yùn)輸單位是一箱（也就是一輛車(chē)只能運(yùn)送1箱） ，但是廠(chǎng)家可以派出多輛車(chē)同時(shí)運(yùn)輸，形成運(yùn)輸?shù)?車(chē)隊(duì) （ 流水線(xiàn) ），這樣 n拍運(yùn)輸時(shí)間就基本滿(mǎn)足水果店的需求 ，而 之前是2n拍時(shí)間才能滿(mǎn)足需求 。所以這個(gè)方案需要水果店和水果廠(chǎng)家同時(shí)改進(jìn)方案。

類(lèi)比：

在AHB總線(xiàn)中，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)基于Burst類(lèi)型進(jìn)行傳輸?shù)?，每次傳輸都是多個(gè)（總線(xiàn)位寬的）數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)形成多拍（流水的）效果，相比APB總線(xiàn)提升數(shù)據(jù)的傳輸效率。

這兩個(gè)點(diǎn)是AHB針對(duì)APB總線(xiàn)提升最大的兩個(gè)點(diǎn) ，當(dāng)然AHB為了兼容一些其他的問(wèn)題，有自己獨(dú)立的一些信號(hào)，這個(gè)下面繼續(xù)討論。

在這里我們總結(jié)一下****多主機(jī)總線(xiàn) 的正式概念 ：

總線(xiàn)是被總線(xiàn)上所有的部件所共享的一組通路（連線(xiàn)），對(duì)于 支持多主機(jī)的總線(xiàn) ，如果某一個(gè)主機(jī)想要與 其他的部件進(jìn)行通信 （獲得數(shù)據(jù)），首先****需要 向總線(xiàn)內(nèi)部的仲裁器發(fā)起使用總線(xiàn)的請(qǐng)求，獲得內(nèi)部仲裁器授予所有權(quán)。 其次需要將地址（廠(chǎng)商名字）、數(shù)據(jù)（水果）、命令（進(jìn)貨還是退貨）放到總線(xiàn)上，其他的部件對(duì)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行偵聽(tīng)，檢查地址數(shù)據(jù)和命令的是否與自己相關(guān)，最后相關(guān)從機(jī)部件做出命令響應(yīng)。

2 - AHB總線(xiàn)詳解

2-1 AHB在SOC內(nèi)使用的部分：

如上圖：

CPU ： CPU是操作的發(fā)起者，CPU發(fā)起讀寫(xiě)外設(shè)數(shù)據(jù)的操作。

DMA: DMA也是操作的發(fā)起者，DMA從一個(gè)部件搬移數(shù)據(jù)到另一個(gè)部件。

比如Mem 2 Mem 、 Mem 2 Peri 、 Peri 2 Mem 、Peri 2 Peri

AHB_interconnect(AHB_Bridge):

根據(jù)上文所說(shuō)的總線(xiàn)協(xié)議和傳輸信號(hào)的要求，構(gòu)建出來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)體，該實(shí)體首先 接收主機(jī)端發(fā)送過(guò)來(lái)的獨(dú)占AHB總線(xiàn)和通路的請(qǐng)求 ，其次根據(jù)內(nèi)部的 仲裁算法拒絕或者授予該主機(jī)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的權(quán)利 。當(dāng)主機(jī)端被授予訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的權(quán)利時(shí)，該AHB_interconnect(AHB_Bridge)接收主機(jī)端的命令、數(shù)據(jù)、地址總線(xiàn)并傳播和生成相應(yīng)的信號(hào)到外設(shè)。同時(shí)接收外設(shè)返回的數(shù)據(jù)并交付給主機(jī)端。

SLAVE：對(duì)AHB_interconnect輸出數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行響應(yīng)。

**Q2 : **是否可以不需要AHB_interconnect，AHB_Interconect的作用是什么？

同上篇APB文章類(lèi)似，當(dāng)CPU只有一個(gè)外設(shè)，那么直接可以和外設(shè)相連，不需要AHB_Interconect。同時(shí)也不需要總線(xiàn)的仲裁邏輯，所以關(guān)于總線(xiàn)仲裁邏輯的接口直接根據(jù)信號(hào)狀態(tài)tie相應(yīng)的值或者懸空。

當(dāng)CPU需要連接多個(gè)外設(shè)的時(shí)候，且不止有一個(gè)主機(jī)（還有DMA）時(shí)，需要AHB_interconnect進(jìn)行仲裁、路由、相應(yīng)外設(shè)信號(hào)的生成。

2-2 AHB總線(xiàn)接口： （AMBA AHB 2.0）

AHB信號(hào)較多，相應(yīng)功能也比較強(qiáng)大

從這張大表可以看出，為了克服APB的缺點(diǎn)從而支持多主機(jī)模式、提升效率操作****，所在 總線(xiàn)接口上付出的代價(jià) 。至少AHB總線(xiàn)位寬和信號(hào)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了APB總線(xiàn)。

根據(jù)上面的AHB信號(hào)列表，結(jié)合之前的類(lèi)比和概念我們基本上就知道AHB該怎么運(yùn)行，相應(yīng)的信號(hào)如何動(dòng)作也有了一般的概念。

接下來(lái)會(huì)從這種總體傳輸?shù)母拍罘治龅紸HB總線(xiàn)內(nèi)部的時(shí)序邏輯和相關(guān)的具體操作，希望大家多多支持。