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AMBA、AHB、APB总线简介作者adamzhao日期2006-11-1619:33:00

AMBA简介

随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基

于时序驱动的设计方法，发展到基于IP复用的设计方法，并在SOC设计中得到

了广泛应用。在基于IP复用的SoC设计中，片上总线设计是最关键的问题。为

此，业界出现了很多片上总线标准。其中，由ARM公司推出的AMBA片上总线受

到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上

结构。AMBA规范主要包括了AHB(AdvancedHighperformanceBus)系统总线和

APB(AdvancedPeripheralBus)外围总线。

AMBA片上总线

AMBA2.0规范包括四个部分：AHB、ASB、APB和TestMethodology。AHB

的相互连接采用了传统的带有主模块和从模块的共享总线，接口与互连功能分

离，这对芯片上模块之间的互连具有重要意义。AMBA已不仅是一种总线，更是

一种带有接口模块的互连体系。下面将简要介绍比较重要的AHB和APB总线。

基于AMBA的片上系统

一个典型的基于AMBA总线的系统框图如图３所示。

大多数挂在总线上的模块(包括处理器)只是单一属性的功能模块：主模

块或者从模块。主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模

块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB／APB桥等。另外，还有

一些模块同时具有两种属性，例如直接存储器存取(DMA)在被编程时是从模块，

但在系统读传输数据时必须是主模块。如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁

器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。虽然仲裁规范是AMBA总线规范中

的一部分，但具体使用的算法由RTL设计工程师决定，其中两个最常用的算法

是固定优先级算法和循环制算法。AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多

个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构(具体参阅ARM公司推出

的Multi-layerAHB规范)。APB桥既是APB总线上唯一的主模块，也是AHB系

统总线上的从模块。其主要功能是锁存来自AHB系统总线的地址、数据和控制信

号，并提供二级译码以产生APB外围设备的选择信号，从而实现AHB协议到APB

协议的转换。

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AHB简介

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，作为SoC

的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作；非三态的实现方式；

支持突发传输；支持分段传输；支持多个主控制器；可配置32位~128位总线宽

度；支持字节、半字节和字的传输。AHB系统由主模块、从模块和基础结构

(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模

块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模

块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummySlave)、虚拟主模

块(dummyMaster)所组成。其互连结构如图1所示。

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APB简介

APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等，它的

总线架构不像AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB桥。其

特性包括：两个时钟周期传输；无需等待周期和回应信号；控制逻辑简单，只有

四个控制信号。APB上的传输可以用如图２所示的状态图来说明。

1)系统初始化为IDLE状态，此时没有传输操作，也没有选中任何从模块。

2)当有传输要进行时，PSELx＝1，PENABLE＝0，系统进入SETUP状态，

并只会在SETUP状态停留一个周期。当PCLK的下一个上升沿时到来时，系统进

入ENABLE状态。

3)系统进入ENABLE状态时，维持之前在SETUP状态的PADDR、PSEL、

PWRITE不变，并将PENABLE置为1。传输也只会在ENABLE状态维持一个周期，

在经过SETUP与ENABLE状态之后就已完成。之后如果没有传输要进行，就进入

IDLE状态等待；如果有连续的传输，则进入SETUP状态。