③ 片上总线要尽可能降低功耗。因此,在实际应用时,总线上各种信号尽量保持不变,并且多采用单向信号线,降低了功耗,同时也简化了时序。上述三种片上总线输入数据线和输出数据线都是分开的,且都没有信号复用现象。
片上总线有两种实现方案,一是选用国际上公开通用的总线结构;二是根据特定领域自主开发片上总线。本文就目前SoC上使用较多的三种片上总线标准——ARM的AMBA、Silicore的Wishbone和Altera的Avalon进行讨论,对三者特性进行分析和比较。
1、 AMBA总线
AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)总线规范是ARM公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准。它独立于处理器和制造工艺技术,增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性。AMBA总线规范是一个开放标准,可免费从ARM获得。目前,AMBA 拥有众多第三方支持,被ARM公司90%以上的合作伙伴采用,在基于ARM处理器内核的SoC设计中,已经成为广泛支持的现有互联标准之一。AMBA总线规范2.0于1999年发布,该规范引入的先进高性能总线(AHB)是现阶段AMBA实现的主要形式。AHB的关键是对接口和互连均进行定义,目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带宽。AHB接口已与互连功能分离,不再仅仅是一种总线,而是一种带有接口模块的互连体系。
AMBA总线规范主要设计目的如下:① 满足具有一个或多个CPU或DSP的嵌入式系统产品的快速开发要求;② 增加设计技术上的独立性,确保可重用的多种IP核可以成功地移植到不同的系统中,适合全定制、标准单元和门阵列等技术;③ 促进系统模块化设计,以增加处理器的独立性;④ 减少对底层硅的需求,以使片外的操作和测试通信更加有效。
AMBA总线是一个多总线系统。规范定义了三种可以组合使用的不同类型的总线:AHB(Advanced High-performance Bus)、ASB(Advanced System Bus)和APB(Advanced Peripheral Bus)。
典型的基于AMBA的SoC核心部分如图1所示。其中高性能系统总线(AHB或ASB)主要用以满足CPU和存储器之间的带宽要求。CPU、片内存储器和DMA设备等高速设备连接在其上,而系统的大部分低速外部设备则连接在低带宽总线APB上。系统总线和外设总线之间用一个桥接器(AHB/ASB-APB-Bridge)进行连接。
AMBA的AHB适用于高性能和高时钟频率的系统模块。它作为高性能系统的骨干总线,主要用于连接高性能和高吞吐量设备之间的连接,如CPU、片上存储器、DMA设备和DSP或其它协处理器等。其主要特性如下: