AHB协议详解

发布时间：2023-05-22

一、什么是AHB协议

AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 是具有灵活性、可扩展性和可重用性的总线标准，有助于在不同类型的芯片之间进行通信。AHB (Advanced High-performance Bus) 是 AMBA 规范中定义的一种并行总线协议，用于系统中高速设备的互联通信，是 AMBA 规范中主要的总线协议之一。 AHB 处理器之间通常使用此协议进行连接。此外，还可将 AHB 和其他协议（例如 APB）结合使用，以连接低带宽设备。AHB 协议指定了总线的操作方式、时序和传输类型，为芯片级通信提供了机制。

二、AHB协议的特点

  1. 高带宽，支持传输宽度 up to 512 bits。
  2. 支持多个主设备和从设备。
  3. 采用总线的方式进行通信，实现了设备之间的解耦。
  4. 采用基于通道的交易方式，可以进行突发传输(Burst Transfer)。
  5. 支持优先级和布线分离。

三、AHB协议的传输类型

1. 单个传输(Single Transfer)

单个传输是一次仅传输一个数据的操作。数据传输结束后总线空闲。

// 代码示例
slave_address = 0x0010;   // 从设备地址
data_out      = 0x112233; // 待传输数据
AHB_write(slave_address, data_out);

2. 突发传输(Burst Transfer)

突发传输是一次传输多个数据的操作，可增加总线的传输效率。突发传输分为固定突发(Fixed Burst) 和增量突发(Incremental Burst)。 固定突发表示传输时，后续数据地址的计算方式固定，依次累加地址。而增量突发表示传输时，后续数据的地址是基于第一个数据的地址计算得出的。

// 代码示例
slave_address = 0x0020;
// 固定突发，传输5个数据
AHB_burst_write(slave_address, data_array, 5, FIXED_BURST);
// 增量突发，传输8个数据
AHB_burst_write(slave_address, data_array, 8, INCREMENTAL_BURST);

四、AHB协议的时序关系

如下是 AHB 协议传输(Generic Transfer)的时序波形图， 主设备进行一次传输的时序可以分为六个阶段：

  1. Address Phase：地址传输阶段
  2. Data Phase：数据传输阶段
  3. Response Phase：应答传输阶段
  4. HREADY Phase：设备空闲状态阶段
  5. HREADYOUT Phase：响应状态阶段
  6. Lock Phase：总线所有权
// 代码示例
// AHB传输，先传输读取地址，然后等待设备准备完成，再进行数据传输
AHB_address_phase(slave_address, READ);
if (HREADY) {
    AHB_data_phase(slave_address, &data_in, 0, DATA_READ);
}

五、AHB协议的优点

  1. 可扩展性强，兼容性好，便于设计与开发。
  2. 支持高速设备通信。
  3. 容错能力强，可以自适应不同速率的设备通信。
  4. 易于实现并支持异步突发传输。

六、AHB协议的应用

由于 AHB 协议高速、稳定、灵活、可靠，已经广泛应用于各种芯片的设计中。其中一些典型的应用有：

  1. 嵌入式系统中；
  2. 高性能数字信号处理器 (DSP) 和图形处理器 (GPU) 中；
  3. 多核处理器中。

七、总结

本文详细阐述了 AHB 协议的基本概念、特点、传输类型和时序关系，并介绍了 AHB 协议的优点和应用场景。不同的芯片可以根据需求使用这种协议，实现不同设备之间的快速、可靠的通信，为人们提供了更好的芯片级通信机制。

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