第2章 AMBA协议规范
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PRDATA PSLVERR
从接口
从接口 从接口
准备好。从设备使用该信号来扩展APB传输。
读取的数据。当PWRITE位低，在读周期，所选择的从设 备驱动这个总线。这个总线最多个32位宽度。 这个信号表示传输失败。APB外设不要求PSLVERR引脚。 对已经存在和新APB外设设计。当外设不包含这个引脚时， 33 到APB桥的合适的数据拉低。
如果PREADY 为低，保持ACCESS状态。
总线返回IDLE状态，否则进入SETUP状态
31
如果PREADY 为高，则退出ACCESS状态，如果此时没有其它传输请求，
---AMBA3 APB信号及描述
信号 PCLK PRESETn PADDR PPROT 来源 时钟源 系统总线 APB桥 APB桥 描述 时钟 复位。APB复位信号低有效。该信号一般直接与系 统总线复位信号相连。 地址总线。最大可达32位，由外设总线桥单元驱动。 保护类型。这个信号表示交易普通的、剥夺的或者 安全保护级别，以及这个交易是数据访问或者指令 访问。 选择信号。APB桥单元产生到每个外设从设备的信 号。该信号表示从设备被选中，要求一个数据传输。 每个从设备都有一个PSELx信号。
CoreSight片上调试和跟踪解决方案）
7
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
AXI4协议
2009年，Xilinx 同 ARM 密切合作，共同为基于 FPGA 的高
性能系统和设计定义了 AXI4 规范。并且在其新一代可编程门阵
列芯片上采用了高级可扩展接口。
8
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus,APB)
6
AMBA协议规范 ---AMBA v3.0
在2003年，ARM推出了第三个版本，AMBA3
高级可扩展接口（Advanced eXtensible Interface,AXI3或AXI
v1.0)（用于更高性能的互连）
高级高性能总线简化（Advanced High-performance Bus Lite,AHB-Lite v1.0)。 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB v1.0)。 高级跟踪总线（Advanced Trace Bus，ATB v1.0)（用于
于写）信号来实现。
从AHB到APB
对于读和写，PSLVERR被映射回HRESP=SLVERR，这可以 通过将PSLVERR映射到AHB信号HRESP[0]信号来实现。
28
AMBA APB协议规范
APB总线操作状态图 ---操作状态
29
AMBA APB协议规范
---操作状态
IDLE
这是默认的APB状态。
嵌入式微控制器。它被ARM公司和众多的厂商所支持。
3
AMBA协议规范
--AMBA规范导论
应用领域
AMBA用于片上系统（System-on- a-chip, SoC）的片上总线。
自从AMBA出现后，其应用领域早已超出了微控制器设备，现在 被广泛的应用于各种范围的ASIC和SOC器件，包括用于便携设备 的应用处理器。
无等待状态读传输 有等待状态读传输
20
AMBA APB读传输
--无等待读传输
在读传输结束以前，从设备必须提供数据。
21
AMBA APB读传输
--有等待读传输
在有等待读传输中，使用PREADY信号来添加两个周期。也可 以添加多个周期。在传输过程中也可以添加多个周期。如果在访 问周期内拉低PREADY信号，则扩展读传输。
LOGO Xilinx大学计划课程
Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC 设计指南
主 讲：何宾 Email：hebin@mail.buct.edu.cn
AMBA协议规范
AMBA协议是ARM公司制定的用于SOC内IP互联的规范 主要内容
AMBA规范概述、AMBA APB规范、AMBA AHB规范和 AMBA AXI4规范。本章除了详细介绍APB和AHB规范外，还详细
9
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
高级可扩展接口4流（Advanced eXtensible Interface 4
Stream ,AXI4-Stream v1.0)。
高级跟踪总线（Advanced Trace Bus ,ATB v1.1)。
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus ,APB v2.0)。
10
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
最新一代的AMBA4接口的目标
适合于高带宽和低延迟设计。 在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作。 满足普遍情况下的元件接口要求。 适用于高初始访问延迟的存储器控制器。 为互联结构的实现提供了灵活性。 与已有的AHB和APB接口向下兼容。
--有等待写传输
有等待状态写传输，下面信号保持不变：
地址：PADDR 写信号：PWRITE 选择信号：PSEL 使能信号：PENABLE
写数据：PWDATA.
写选通：PSTRB
保护类型：PPROT
18
AMBA APB写传输
--有等待写传输
在访问周期，当PENABLE为高，可以通过拉低
11
--AMBA APB规范
APB属于AMBA 3协议系列，它提供了一个低功耗的接口，
并降低了接口的复杂性。 APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外围设备上。 APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这 样就可以简化APB 外围设备的设计流程，每个传输至少消耗 两个周期。 APB可以与AMBA高级高性能总线和AMBA 高级可扩展接口 连接。
PWDATA
PSTRB
APB 桥
APB桥
写数据。当PWRITE为高时，在写周期内，外设总线桥单 元驱动写数据总线。
写选通，这个信号表示在写传输时，更新哪个字节通道。 每8个比特位有一个写选通信号。因此，PSTRB[n]对应于 PWDATA[(8n+7):(8n)]。在读传输时，写选通不是活动的。
PREADY
和PREADY都是高时，PSLVERR才认为是有效的。
24
AMBA APB协议规范
--AMBA APB错误响应
接收到一个错误的交易，可能改变外设的状态（这是由
外设指定的）。
当一个写交易接收到一个错误时，并不意味着外设内的寄存器
没有更新。 读交易接收到一个错误时，能返回无效的数据。
对于一个读错误，并不要求外设将数据总线驱动为0。
功能介绍
AMBA协议是一个开放标准的，片上互联规范，用于SoC内功 能模块的连接和管理。它便于第一时间开发带有大量控制器和外
4
设的多处理器设计。
AMBA协议规范
--AMBA V1.0
高级系统总线（Advanced System Bus,ASB） 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB）
25
AMBA APB错误响应
--写传输失败的例子
26
AMBA APB错误响应
--读传输失败的例子
27
AMBA APB错误响应
--PSLVERR映射（桥接时）
从AXI到APB
一个APB错误被映射回RRRSP/BRESP=SLVERR，这可以通
过将PSLVERR映射到RRESP[1]信号（用于读）和BRESP[1]（用
AMBA APB写传输
--无等待写传输
地址PADDR，写数据PWDATA和控制信号保持有限，直到 在T3完成传输，结束访问周期。
在传输结束后，使能信号PENABLE变成无效。选择信号
PSEL也变成无效，除非相同的外设立即开始下一个传输。
16
AMBA APB写传输
--有等待写传输
17
AMBA APB写传输
介绍了AMBA AXI4规范，AXI4规范是ARM和Xilinx共同制定的，
最新一代的用于SOC内IP互连的规范。
2
AMBA协议规范
--AMBA规范导论
高级微控制器总线结构(Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA) AMBA规范定义了片上通信的标准，用于设计高性能
PWRITE和选择信号PSEL，在PSCLK的上升沿寄存。这称为 写传输的建立周期。 T2：使能信号PENABLE和准备信号PREADY，在PSCLK的 上升沿寄存。
当确认时，PENABLE表示传输访问周期的开始。 当确认时，PREADY表示在PCLK的下一个上升沿从设备可以完成 传输。
15
SETUP
当传输被请求时，总线进入SETUP状态，选择信号PSELx,被
置位。总线仅在SETUP 状态停留一个时钟周期，并在下一个时
钟周期进入ACCESS状态
30
AMBA APB协议规范
---操作状态
ACCESS
使能信号PENABLE, 在ACCESS状态中置位。在传输从 SETUP状态到ACCESS状态转变的过程中address, write, select和 write data信号必须保持不变。从ACCESS状态退出，由从器件的 PREADY信号控制：
12
AMBA APB协议规范
--AMBA APB写传输
APB写传输包括两种类型：
无等待状态写传输 有等待状态写传输
13
AMBA APB写传输
--无等待写传输
一个基本的无等待状态的写传输
地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
14
AMBA APB写传输
--无等待写传输
T1：写传输开始于地址PADDR，写数据PWDATA，写信号
---AMBA AHB规范 AHB是新一代的AMBA总线，目的用于解决高性 能可同步的设计要求。AHB是一个新级别的总线，高 于APB，用于实现高性能、高时钟频率系统的特征要 求.
AMBA协议规范
34
---AMBA AHB规范
这些要求包括：
猝发传输.
AMBA协议规范
分裂交易.
单周期总线主设备交接.
32
AMBA APB协议规范
PSELx
APB 桥
---AMBA3 APB信号及描述
信号 PENABLE PWRITE 来源 APB桥 APB 桥 描述 使能信号。这个信号表示APB传输的第二个和随后的周期。 方向。该信号为高时，表示APB写访问；当该信号为低时， 表示APB读访问。
AMBA协议规范
22
AMBA APB读传输
--有等待读传输
协议保证在额外的扩展周期时，下面的信号保持不变
地址：PADDR。 写信号：PWRITE。 选择信号：PSEL。
使能信号：PENABLE。
保护类型：PPROT。
23
AMBA APB协议规范
---AMBA PSLVERR
APB错误响应
可以用来指示APB传输错误条件。在读和写交易中，可以发 生错误条件。 在一个APB传输中，在最后一个周期内，PSEL、PENABLE
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
AXI一致性扩展（AXI Coherency Extensions,ACE)。 AXI一致性扩展简化（AXI Coherency Extensions Lite ,ACELite)。 高级可扩展接口4（Advanced eXtensible Interface 4 ,AXI4)。 高级可扩展接口4简化（Advanced eXtensible Interface 4 Lite , AXI4-Lite)。
5
AMBA协议规范
---AMBA V2.0
ARM来自百度文库加了AMBA高性能总线（AMBA Highperformance Bus, AHB），它是一个单个时钟沿的协议。
高级高性能总线（Advanced High-performance Bus ,AHB)。 高级系统总线（Advanced System Bus ,ASB）
单时钟沿操作.
无三态实现. 更宽的数据总线配置（64/128比特）.
35
AMBA AHB规范
一个典型的AHB系统
高性能 ARM处理器
PREADY来扩展传输。
当PENABLE为低的时候，PREADY可以为任何值。
确保外围器件有固定的两个周期来使PREADY为高。
注意：推荐地址和写信号在传输结束后不要立即更改，保持当
前状态直到下一个传输，这样可以降低功耗。
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AMBA APB协议规范
---AMBA APB读传输
读传输包括以下两种类型
从接口
从接口 从接口
准备好。从设备使用该信号来扩展APB传输。
读取的数据。当PWRITE位低，在读周期，所选择的从设 备驱动这个总线。这个总线最多个32位宽度。 这个信号表示传输失败。APB外设不要求PSLVERR引脚。 对已经存在和新APB外设设计。当外设不包含这个引脚时， 33 到APB桥的合适的数据拉低。
如果PREADY 为低，保持ACCESS状态。
总线返回IDLE状态，否则进入SETUP状态
31
如果PREADY 为高，则退出ACCESS状态，如果此时没有其它传输请求，
---AMBA3 APB信号及描述
信号 PCLK PRESETn PADDR PPROT 来源 时钟源 系统总线 APB桥 APB桥 描述 时钟 复位。APB复位信号低有效。该信号一般直接与系 统总线复位信号相连。 地址总线。最大可达32位，由外设总线桥单元驱动。 保护类型。这个信号表示交易普通的、剥夺的或者 安全保护级别，以及这个交易是数据访问或者指令 访问。 选择信号。APB桥单元产生到每个外设从设备的信 号。该信号表示从设备被选中，要求一个数据传输。 每个从设备都有一个PSELx信号。
CoreSight片上调试和跟踪解决方案）
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AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
AXI4协议
2009年，Xilinx 同 ARM 密切合作，共同为基于 FPGA 的高
性能系统和设计定义了 AXI4 规范。并且在其新一代可编程门阵
列芯片上采用了高级可扩展接口。
8
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus,APB)
6
AMBA协议规范 ---AMBA v3.0
在2003年，ARM推出了第三个版本，AMBA3
高级可扩展接口（Advanced eXtensible Interface,AXI3或AXI
v1.0)（用于更高性能的互连）
高级高性能总线简化（Advanced High-performance Bus Lite,AHB-Lite v1.0)。 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB v1.0)。 高级跟踪总线（Advanced Trace Bus，ATB v1.0)（用于
于写）信号来实现。
从AHB到APB
对于读和写，PSLVERR被映射回HRESP=SLVERR，这可以 通过将PSLVERR映射到AHB信号HRESP[0]信号来实现。
28
AMBA APB协议规范
APB总线操作状态图 ---操作状态
29
AMBA APB协议规范
---操作状态
IDLE
这是默认的APB状态。
嵌入式微控制器。它被ARM公司和众多的厂商所支持。
3
AMBA协议规范
--AMBA规范导论
应用领域
AMBA用于片上系统（System-on- a-chip, SoC）的片上总线。
自从AMBA出现后，其应用领域早已超出了微控制器设备，现在 被广泛的应用于各种范围的ASIC和SOC器件，包括用于便携设备 的应用处理器。
无等待状态读传输 有等待状态读传输
20
AMBA APB读传输
--无等待读传输
在读传输结束以前，从设备必须提供数据。
21
AMBA APB读传输
--有等待读传输
在有等待读传输中，使用PREADY信号来添加两个周期。也可 以添加多个周期。在传输过程中也可以添加多个周期。如果在访 问周期内拉低PREADY信号，则扩展读传输。
LOGO Xilinx大学计划课程
Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC 设计指南
主 讲：何宾 Email：hebin@mail.buct.edu.cn
AMBA协议规范
AMBA协议是ARM公司制定的用于SOC内IP互联的规范 主要内容
AMBA规范概述、AMBA APB规范、AMBA AHB规范和 AMBA AXI4规范。本章除了详细介绍APB和AHB规范外，还详细
9
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
高级可扩展接口4流（Advanced eXtensible Interface 4
Stream ,AXI4-Stream v1.0)。
高级跟踪总线（Advanced Trace Bus ,ATB v1.1)。
高级外设总线（Advanced Peripheral Bus ,APB v2.0)。
10
AMBA协议规范 ---AMBA V4.0
最新一代的AMBA4接口的目标
适合于高带宽和低延迟设计。 在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作。 满足普遍情况下的元件接口要求。 适用于高初始访问延迟的存储器控制器。 为互联结构的实现提供了灵活性。 与已有的AHB和APB接口向下兼容。
--有等待写传输
有等待状态写传输，下面信号保持不变：
地址：PADDR 写信号：PWRITE 选择信号：PSEL 使能信号：PENABLE
写数据：PWDATA.
写选通：PSTRB
保护类型：PPROT
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AMBA APB写传输
--有等待写传输
在访问周期，当PENABLE为高，可以通过拉低
11
--AMBA APB规范
APB属于AMBA 3协议系列，它提供了一个低功耗的接口，
并降低了接口的复杂性。 APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外围设备上。 APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这 样就可以简化APB 外围设备的设计流程，每个传输至少消耗 两个周期。 APB可以与AMBA高级高性能总线和AMBA 高级可扩展接口 连接。
PWDATA
PSTRB
APB 桥
APB桥
写数据。当PWRITE为高时，在写周期内，外设总线桥单 元驱动写数据总线。
写选通，这个信号表示在写传输时，更新哪个字节通道。 每8个比特位有一个写选通信号。因此，PSTRB[n]对应于 PWDATA[(8n+7):(8n)]。在读传输时，写选通不是活动的。
PREADY
和PREADY都是高时，PSLVERR才认为是有效的。
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AMBA APB协议规范
--AMBA APB错误响应
接收到一个错误的交易，可能改变外设的状态（这是由
外设指定的）。
当一个写交易接收到一个错误时，并不意味着外设内的寄存器
没有更新。 读交易接收到一个错误时，能返回无效的数据。
对于一个读错误，并不要求外设将数据总线驱动为0。
功能介绍
AMBA协议是一个开放标准的，片上互联规范，用于SoC内功 能模块的连接和管理。它便于第一时间开发带有大量控制器和外
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设的多处理器设计。
AMBA协议规范
--AMBA V1.0
高级系统总线（Advanced System Bus,ASB） 高级外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB）
25
AMBA APB错误响应
--写传输失败的例子
26
AMBA APB错误响应
--读传输失败的例子
27
AMBA APB错误响应
--PSLVERR映射（桥接时）
从AXI到APB
一个APB错误被映射回RRRSP/BRESP=SLVERR，这可以通
过将PSLVERR映射到RRESP[1]信号（用于读）和BRESP[1]（用
AMBA APB写传输
--无等待写传输
地址PADDR，写数据PWDATA和控制信号保持有限，直到 在T3完成传输，结束访问周期。
在传输结束后，使能信号PENABLE变成无效。选择信号
PSEL也变成无效，除非相同的外设立即开始下一个传输。
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AMBA APB写传输
--有等待写传输
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AMBA APB写传输
介绍了AMBA AXI4规范，AXI4规范是ARM和Xilinx共同制定的，
最新一代的用于SOC内IP互连的规范。
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AMBA协议规范
--AMBA规范导论
高级微控制器总线结构(Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA) AMBA规范定义了片上通信的标准，用于设计高性能
PWRITE和选择信号PSEL，在PSCLK的上升沿寄存。这称为 写传输的建立周期。 T2：使能信号PENABLE和准备信号PREADY，在PSCLK的 上升沿寄存。
当确认时，PENABLE表示传输访问周期的开始。 当确认时，PREADY表示在PCLK的下一个上升沿从设备可以完成 传输。
15
SETUP
当传输被请求时，总线进入SETUP状态，选择信号PSELx,被
置位。总线仅在SETUP 状态停留一个时钟周期，并在下一个时
钟周期进入ACCESS状态
30
AMBA APB协议规范
---操作状态
ACCESS
使能信号PENABLE, 在ACCESS状态中置位。在传输从 SETUP状态到ACCESS状态转变的过程中address, write, select和 write data信号必须保持不变。从ACCESS状态退出，由从器件的 PREADY信号控制：
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AMBA APB协议规范
--AMBA APB写传输
APB写传输包括两种类型：
无等待状态写传输 有等待状态写传输
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AMBA APB写传输
--无等待写传输
一个基本的无等待状态的写传输
地址、写入数据、写入信号和选择信号都在时钟上升沿后改变。
14
AMBA APB写传输
--无等待写传输
T1：写传输开始于地址PADDR，写数据PWDATA，写信号
---AMBA AHB规范 AHB是新一代的AMBA总线，目的用于解决高性 能可同步的设计要求。AHB是一个新级别的总线，高 于APB，用于实现高性能、高时钟频率系统的特征要 求.
AMBA协议规范
34
---AMBA AHB规范
这些要求包括：
猝发传输.
AMBA协议规范
分裂交易.
单周期总线主设备交接.
32
AMBA APB协议规范
PSELx
APB 桥
---AMBA3 APB信号及描述
信号 PENABLE PWRITE 来源 APB桥 APB 桥 描述 使能信号。这个信号表示APB传输的第二个和随后的周期。 方向。该信号为高时，表示APB写访问；当该信号为低时， 表示APB读访问。
AMBA协议规范
22
AMBA APB读传输
--有等待读传输
协议保证在额外的扩展周期时，下面的信号保持不变
地址：PADDR。 写信号：PWRITE。 选择信号：PSEL。
使能信号：PENABLE。
保护类型：PPROT。
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AMBA APB协议规范
---AMBA PSLVERR
APB错误响应
可以用来指示APB传输错误条件。在读和写交易中，可以发 生错误条件。 在一个APB传输中，在最后一个周期内，PSEL、PENABLE
AMBA规范(版本4)定义了的总线/接口
AXI一致性扩展（AXI Coherency Extensions,ACE)。 AXI一致性扩展简化（AXI Coherency Extensions Lite ,ACELite)。 高级可扩展接口4（Advanced eXtensible Interface 4 ,AXI4)。 高级可扩展接口4简化（Advanced eXtensible Interface 4 Lite , AXI4-Lite)。
5
AMBA协议规范
---AMBA V2.0
ARM来自百度文库加了AMBA高性能总线（AMBA Highperformance Bus, AHB），它是一个单个时钟沿的协议。
高级高性能总线（Advanced High-performance Bus ,AHB)。 高级系统总线（Advanced System Bus ,ASB）
单时钟沿操作.
无三态实现. 更宽的数据总线配置（64/128比特）.
35
AMBA AHB规范
一个典型的AHB系统
高性能 ARM处理器
PREADY来扩展传输。
当PENABLE为低的时候，PREADY可以为任何值。
确保外围器件有固定的两个周期来使PREADY为高。
注意：推荐地址和写信号在传输结束后不要立即更改，保持当
前状态直到下一个传输，这样可以降低功耗。
19
AMBA APB协议规范
---AMBA APB读传输
读传输包括以下两种类型