本篇先總結(jié)一些APB總線的知識點。

　　1 學(xué)習(xí)資料

　　·由于師兄給的設(shè)計要求是AMBA2.0，所以參考了ARM官網(wǎng)關(guān)于AMBA2.0的技術(shù)手冊《AMBA? Specification （Res2.0）》，這本技術(shù)手冊英文比較好理解，篇幅也很短，可以直接看英文版，問題不大。

　　·在這本書中，介紹了AMBA基本信號、AHB總線、ASB總線、APB總線，由于寫的項目主要設(shè)計APB接口，所以在本文中主要介紹APB的部分。

　　AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）高級處理器總線架構(gòu)；

　　APB（Advanced Peripheral Bus）高級外圍總線；

　　2 AMBA APB的優(yōu)點

　　先說用途和目的：APB可以實現(xiàn)與低功耗、低速設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　接下來介紹其特點：AMBA APB總線可以用在低帶寬和不需要高性能的外設(shè)上（即低速且低頻率的外設(shè)）；可以將APB視作AHB的二級總線；

　　·低功耗（APB總線信號端口比較簡單，復(fù)雜度低，低頻工作環(huán)境等因素都可以降低功耗）

　　·低成本（用的廣泛，可以兼容很多IP，降低開發(fā)成本）

　　·低帶寬（信號的位寬有限，而且簡單的外設(shè)也不需要多位寬）

　　·無流水線結(jié)構(gòu)（區(qū)別于AHB，但效率沒有AHB高）

　　·APB總線中，唯一的master就是APB Bridge，其他設(shè)備都是slave。

　　3 典型的AMBA APB端口信號（APB Bridge、slave為例）

　　3.1 模塊端口示例（所有的AMBA APB信號使用P字母開始）

　　APB總線協(xié)議中唯一的master—APB Bridge模塊結(jié)構(gòu)：

　　關(guān)于system bus slave interface信號的來源，其實是有一個AHB-APB模塊和APB進行連接通信；

　　實際的信號流：cortex M3核-》bus matrix -》 AHB-APB -》 APB bridge -》 APB slave（后續(xù)可能會提到，要看我能不能實現(xiàn)軟硬結(jié)合了~）

　　APB中slave模塊結(jié)構(gòu)：

　　APB Bridge和slave的信號其實是可以進行互聯(lián)的，APB Bridge（master）將控制信號和數(shù)據(jù)傳輸給slave，slave將部分信號傳輸給APB Bridge（master），從而完成通信；

　　信號及其來源：

　　SignalSourceDescription

　　PCLK時鐘源系統(tǒng)時鐘，傳輸發(fā)生在上升沿

　　PRESETn復(fù)位源復(fù)位信號，低使能

　　PADDR［31:0］APB橋地址信號，最高可達32位

　　PSELxAPB橋由APB bridge產(chǎn)生的信號，針對每一個Peripheral Bus Slave片選信號，表示x從機是否被選中

　　PENABLEAPB橋使能信號，標記傳輸使能

　　PWRITEAPB橋讀/寫控制信號，高位寫，低為讀

　　PWDATAAPB橋?qū)憯?shù)據(jù)

　　PREADY從機標記從機是否已將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線，高為ready（給出的slave沒有，但是官方slave代碼會有的，常設(shè)定為assign PREADY = 1）

　　PRDATA從機讀數(shù)據(jù)

　　PSLVERR從機故障信號，為高時發(fā)生故障（給出的slave沒有，但是官方slave代碼會有的，常設(shè)定為assign PSLVERR = 0）

　　3.2 PCLK、PRESETn：首先來進行分析，一個APB總線信號肯定要有時鐘信號PCLK來管理數(shù)據(jù)傳輸，其次是異步復(fù)位信號PRESETn 信號，這兩個信號是基本所有模塊的基礎(chǔ)。

　　3.3 PADDR［31:0］：這里表示地址信號（地址與存儲的數(shù)據(jù)是一一對應(yīng)的關(guān)系，要求是對齊的關(guān)系，這里沒有涉及），一般以16進制表示形式，也就是0xXXXX XXXX；

　　3.4 PSELx：在一個APB總線中，只有一個master（也就是APB橋），但是可以接很多slave。至于選擇哪個slave就需要PSELx信號進行選擇；

　　3.5 PENABLE：傳輸使能信號，表示當(dāng)前傳輸是否有效；

　　3.6 PWRITE：讀寫信號，APB Bridge需要進行寫傳輸時，該信號拉高；APB Bridge需要進行讀傳輸時，該信號拉低。（這個信號是告訴slave的，表示master正在想干什么事情）

　　3.7 PRDATA：讀數(shù)據(jù)（slave傳輸給master）

　　3.8 PWDATA：寫數(shù)據(jù)（master傳輸給slave）

　　附上ARM官方文檔的APB信號端口，供大家欣賞：

　　4 APB狀態(tài)機

　　官方文檔的狀態(tài)機：

　　狀態(tài)功能

　　IDLE默認狀態(tài)（我的理解是一種待機狀態(tài)）

　　SETUP總線的傳輸狀態(tài)來到SETUP狀態(tài)，slave的PSELx被選中（拉為1），但只保持一個時鐘周期。之后就要在下一個時鐘上升沿時候，來到ENABLE狀態(tài)

　　ENABLE在ENABLE狀態(tài)，PENABLE被拉高。在SETUP和ENABLE狀態(tài)，地址、寫信號、選擇信號都要保持穩(wěn)定。在ENABLE狀態(tài)也只持續(xù)一個時鐘周期，如果沒有后續(xù)傳輸，總線又將回到IDLE狀態(tài)。如果有后續(xù)傳輸，總線將回到SETUP狀態(tài)。

　　從狀態(tài)機來看，APB對每一筆數(shù)據(jù)的傳輸，都需要兩個周期（省略掉IDLE），因此APB數(shù)據(jù)不適合流水線架構(gòu)的模塊設(shè)計中。

　　（注意：在ENABLE回到SETUP狀態(tài)時，對于地址信號、寫信號、選擇信號的要求并不高，可以出一點小錯誤，因為簡單外設(shè)接受數(shù)據(jù)的速度還可以，后期出一些小問題影響不大）

　　5 寫傳輸和讀傳輸時序邏輯

　　5.1 寫傳輸：

　　先放出寫傳輸時序圖：

　　分析（注意，我理解的這個時序圖是從master的角度進行分析的，要結(jié)合master和slave的共有信號去理解時序圖）：

　　［T1，T2）對應(yīng)IDLE狀態(tài) （這里采用閉區(qū)間、開區(qū)間的表達方式，用作表示T1上升沿起作用，但T2上升沿還未起作用，下同）；

　　［T2，T3） 對應(yīng)SETUP狀態(tài)。此時，由于T2上升沿的有效，電路狀態(tài)開始發(fā)生改變，在這個時鐘周期內(nèi)，PADDR、PWRITE（拉為1）、PSEL（選中哪個slave）、PWDATA等信息開始加載到數(shù)據(jù)線上，注意此時PENABLE還沒有起效果，只起到一種預(yù)加載的效果。

　　［T3，T4）對應(yīng)ENABLE狀態(tài)。此時，由于T3上升沿有效，PENABLE開始有效，在這個時鐘周期內(nèi)，上個狀態(tài)選中的slave開始接受PADDR、PWRITE、PSEL、PWDATA等信息。

　　［T4，T5）階段，由于T4時刻上升沿開始觸發(fā)，導(dǎo)致PENABLE和PSEL信號恢復(fù)默認值，等待下一次指令進行5.2 讀傳輸：

　　放出寫傳輸時序圖：

　　分析（注意，我理解的這個時序圖是也從master的角度進行分析的，要結(jié)合master和slave的共有信號去理解時序圖）：

　　［T1，T2）對應(yīng)IDLE狀態(tài)；［T2，T3） 對應(yīng)SETUP狀態(tài)。此時，由于T2上升沿的有效，電路狀態(tài)開始發(fā)生改變，在這個時鐘周期內(nèi)，PADDR、PWRITE（拉為0）、PSEL（選中哪個slave）等信息開始加載到數(shù)據(jù)線上，注意此時PENABLE還沒有起效果，只起到一種預(yù)加載的效果。（注意此時沒有PRDATA數(shù)據(jù)線上沒有有效信息）

　　［T3，T4）對應(yīng)ENABLE狀態(tài)。此時，由于T3上升沿有效，PENABLE開始有效，在這個時鐘周期內(nèi)，上個狀態(tài)選中的slave開始接受PADDR、PWRITE、PSEL等信息，并傳輸PRDATA信號給master。 4. ［T4，T5）階段，由于T4時刻上升沿開始觸發(fā)，導(dǎo)致PENABLE和PSEL信號恢復(fù)默認值，等待下一次指令進行何種操作。

　　一些疑惑

　　·為什么讀操作在第一個時鐘周期里的PRDATA沒有有效數(shù)據(jù)？

　　在對比寫操作和讀操作的過程中，發(fā)現(xiàn)讀操作在SETUP時鐘周期里沒有有效數(shù)據(jù)，個人理解是因為低速外設(shè)準備數(shù)據(jù)的速度太慢了，如果在SETUP時鐘周期就要求有效數(shù)據(jù)，很有可能傳輸不了正確的數(shù)據(jù)，索性降低要求，讓其在ENABLE時鐘周期才有效。

　　而APB Bridge準備數(shù)據(jù)的速度很快，因此可以在SETUP狀態(tài)就可以準備好數(shù)據(jù)，方便在ENABLE狀態(tài)給外設(shè)數(shù)據(jù)。

　　（待續(xù)）

　　6 APB總線連接外設(shè)應(yīng)用

　　官方文檔給出的一些應(yīng)用：

從這里可以看出對于AMBA APB總線來說，只有一個master（APB Bridge），同時可以掛載多個slave（比如uart，keypad，timer，PIO）。

　　審核編輯：黃飛