引言：隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，集成電路進(jìn)入了片上系統(tǒng)(System on the chip,簡稱Soc)時代。為了將不同的IP(Intellectual Property)集中到Soc中來，不同的IP供應(yīng)商設(shè)計IP時盡可能遵循標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議以保證IP集成商能夠?qū)碜圆煌?yīng)商開發(fā)的IP快速，可靠的集成到Soc中去。AMBA總線是由ARM公司提出的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，它獨(dú)立于處理器和工業(yè)技術(shù)具有高速，低功耗等特點(diǎn)。

　　1.AMBA總線簡介

　　在芯片設(shè)計中，芯片內(nèi)部總線的設(shè)計往往決定了芯片的性能，功耗與各模塊設(shè)計的復(fù)雜度。我們設(shè)計總線往往會依據(jù)兩方面的原則：一是芯片設(shè)計流程其內(nèi)在的需求；二是所針對的應(yīng)用對交換帶寬，延時，效率靈活性的需求。

　　AMBA總線的典型應(yīng)用是將AHB作為處理器，存儲器，DMA通道等對時間和性能要求很高的部分而使用的高速總線，而通過橋?qū)⑼庠O(shè)總線APB連接起來，如圖1所示：

　　2.AMBA總線的設(shè)計

　　2.1AHB基本結(jié)構(gòu)

　　AHB總線主要包括仲裁器,譯碼器,多路選擇器,虛擬主設(shè)備和缺省主設(shè)備。由于三態(tài)總線在時序方面產(chǎn)生很多問題，因此AHB采用了多路選擇器的方式，大致結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　2.2AHB及APB信號數(shù)據(jù)流

　　AHB總線上的地址，寫數(shù)據(jù)，讀寫控制等信號由AHB主設(shè)備產(chǎn)生，當(dāng)前有效的主機(jī)由AHB仲裁器產(chǎn)生的信號指示，這個信號送給所有的AHB主機(jī)，也用來控制AHBMUX_MTOS復(fù)選器并將主設(shè)備的控制信號送給從設(shè)備。當(dāng)前被選擇的從設(shè)備由譯碼器產(chǎn)生的信號指示，這個信號送給所有的AHB的從設(shè)備，也用來控制AHB_MUXSTOM復(fù)選器，將被選擇的從設(shè)備去相應(yīng)主設(shè)備的操作。

　　APB模塊的片選，使能，讀寫信號等，都是通過AHBTOAPBBRIDGE產(chǎn)生。被選中的APB模塊通過APB總線進(jìn)行各個寄存器的讀寫，APB模塊被配置完成之后，就進(jìn)行本模塊的數(shù)據(jù)操作。完成后，如果配置為中斷方式，則通過中斷控制器，產(chǎn)生送給ARM的中斷信號，ARM響應(yīng)中斷信號后，在中斷服務(wù)程序中，會通過APB總線讀取寄存器中的結(jié)果數(shù)據(jù)，或進(jìn)行新的數(shù)據(jù)配置。

　　2.3總線仲裁

　　AHB為多主機(jī)系統(tǒng)，在同一時間的時候只允許一個主機(jī)去訪問總線，因此需要仲裁器來做仲裁，下面將簡要闡述一下AHB仲裁器的機(jī)制。

　　當(dāng)主機(jī)想要去訪問總線時，便將自己的HBUSREQ信號給拉高，在同一時刻可能有多個主機(jī)都想要獲得總線的控制權(quán)，因此仲裁器在時鐘的上升沿去采各個主機(jī)的HBUSREQ，然后決定哪個發(fā)出請求的主機(jī)有最高的權(quán)限（AMAB2.0中并沒有規(guī)定具體的算法，由設(shè)計者自己制定，通常采用固定優(yōu)先級算法與輪循法）。若主機(jī)獲得總線的控制權(quán)后，便將HGRANT信號拉高，表示由它來控制總線。先前獲得總線的主機(jī)的HGRANT信號就變低，表示它已經(jīng)失去了對總線的控制。

　　主機(jī)在傳輸?shù)倪^程中有可中斷與不可中斷的傳輸。若主機(jī)想進(jìn)行不可中斷的傳輸，在申請總線時，同時將HLCOK信號拉高，表示進(jìn)行的是不可中斷的傳輸。若主機(jī)進(jìn)行的是可中斷的傳輸，在傳輸?shù)倪^程中，如果有更高權(quán)限的主機(jī)發(fā)出了申請總線的命令。仲裁器可以將總線判給更高權(quán)限的主機(jī)，而被打斷的主機(jī)要重新發(fā)出申請命令，等待下次獲得總線權(quán)限的時候才能完成傳輸。具體的時序?qū)⒃诤竺嫦到y(tǒng)仿真時給出。

　　3.系統(tǒng)仿真及FPGA的實現(xiàn)

　　本設(shè)計中的所有AMBA模塊，包括仲裁器，譯碼器，多路選擇器，缺省從設(shè)備，缺省主設(shè)備，AHB/APB橋均使用Verilog語言完成了RTL級編碼，并使用了Modelsim軟件對其進(jìn)行仿真。

　　在AHB總線上利用AMBA作為主模塊，SPI作為連在APB總線橋上的從模塊，進(jìn)行仿真。DMA通過AHB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作，這包括與AHB總線相連的所有模塊，以及通過AHB總線可以訪問到的模塊，由于APB總線是通過AHBTOAPBBRIDGE，也連在APB總線上，因此DMA可以對SPI進(jìn)行操作。

　　在啟動DMA傳輸之前，首先配置DMA和SPI相應(yīng)的寄存器。如：傳輸次數(shù)寄存器，周期傳輸數(shù)據(jù)長度寄存器，目的地址寄存器，源地址寄存器，以及控制寄存器等。配置完后便等待SPI中斷的到來。如收到SPI發(fā)送FIFO為空產(chǎn)生的中斷，DMA便要需要往SPI發(fā)送FIFO寫數(shù)據(jù)；如收到SPI接受FIFO 滿產(chǎn)生的中斷，DMA便需要從SPI的接受FIFO中讀取數(shù)據(jù)。仿真的波形如圖4所示：

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