AMBA总线介绍-02

AMBA总线介绍

1 HSIZE

AHB总线的地址位宽和数据位宽一般都是32bit，一个字节8bit,一个字节占用一个地址空间，但当一个32bit的数据写入一个存储器中或者从一个存储器中读取，32bit数据几个时钟能够传输完成，这和hsize信号有关，这个信号表示一个时钟周期传输的数据的位宽，当hsize[2:0]=3'b000，一个时钟周期完成一个8bit数据传输，每个时钟，地址递增一个，所以hdata[31:0]需要4个时钟周期完成传输，如果hsize[2:0]=3'b001，一个时钟周期完成16bit数据传输，所以hdata[31:0]对应2个时钟周期，以此类推。

2 Burst传输

地址传输举例

• 地址加1，表示加一个单位，是由HSIZE决定的，byte--地址增加0,1,2,3,4,5,6；halfword--地址增加0,2,4,6,8；word--地址增加0,4,8，c
• WRAP4--4笔回环，每笔4byte
  
  地址回环操作
  
  Wrapping burst（回环）：例如4beat的wrapping burst字传输（4byte）
  
  0x34 -> 0x38 -> 0x3c -> 0x30，这里什么时候地址回环很有讲究，由burst和hsize共同决定，比如上面的例子是：4beat * 4byte = 16 byte =0x10，注意这里的0x10是地址的序号，而一个地址可以存储8bit数据也就是1byte数据，所以这里16byte是地址0x10。每当取数据遇到0x10的整数倍时，就要返回回环。上面的例子就是要遇到0x40了，所以需要返回回环。那如果是8beat的4byte的传输呢？那就是8beat * 4byte = 32 byte = 0x20，每0x20的整数倍就要进行回环，比如0x34 -> 0x38 -> 0x3c -> 0x20 -> 0x24 -> 0x28 -> 0x2c -> 0x30 这样走回环。如果他的起始地址恰好是回环地址的倍数，那Wrapping burst就和INCR没区别，比如INCR[4]。

INCR8 Burst

WRAP8 Burst

INCR4 Burst

WRAP4 Burst

未定义长度的Burst传输

LDM AHB Activity

INCR4和Single传输混合使用的例子

注意

• 如果需要跨越1kb边界的传输，可以将传输切分为小的传输，1k边界之前，1k边界之后
  
  INCR Burst over 1k boundary
  
  
• 跨越1K边界需要重启一个burst传输
• 1k=1024=0x400

3 地址译码

• HADDR是一个广播信号，需要通过HSEL信号决定选择的slave

4 slave从设备的响应

响应种类

两周期响应



split和retry的区别







split效率比retry更高

5 Arbiter

仲裁举例

说明

AHB主设备接口



master发起仲裁请求，得到授权之后，锁定总线，发送控制信号、地址信号、写数据

AHB从设备接口



slave被选中之后，根据控制信号、地址信号进行写数据和读数据操作，并给出响应

AHB Arbiter接口



AHB Decoder接口

6 多层AHB系统结构举例

7 AHB总结

8 AHB Slave

• ahb_clac_top.v
• ahb_slave_.v
• clac.v
  
  一共三个模块
• master想要进行计算操作,需要配置AHB_slave_if中的寄存器(包括计算模块的使能寄存器\操作符寄存器\操作数寄存器),ahb_slave_if接收到master通过ahb发送过来信息之后配置寄存器,配置完成寄存器之后就会输出对于计算模块的输出信号,计算模块接受到输出信号之后,进行相应的计算,然后将结果返回给ahb_slave_if模块,然后返回给master
• 计算模块主要处理计算,接收运算a,b和ctrl（运算符），进行加减，或，异或....运算，运算主要由clac模块进行
• Master-->AHB-->接口（ahb_slave_if）配置寄存器(运算值，和运算类型及开始计算的标识)-->clac
  
  

8.1 clac.v模块

• 接收来自ahb_slave_if.v的控制信号(操作符\操作数\使能信号),完成计算并返回相应的结果

module clac {
  input ctrl,     // 判断能不能进行计算
  input [1:0] clac_mode,  // 四种计算模式,所以需要2bit
  input [15:0] opcode_a,   //
  input [15:0] opcode_b,
  input reg [31:0] result      // 返回结果
};
  // 如果使能信号有效,那么就根据操作符对应的值进行相应的操作
  always @(*)
  begin
    if(ctrl)
      case(clac_mode)
      2'b00 : result = opcode_a & opcode_b;
      2'b01 ：result = opcode_a | opcode_b;
      2'b10 ：result = opcode_a ^ opcode_b;
      2'b11 ：result = opcode_a + opcode_b;
      endcase
    else
      result = 32'b00;
  end
endmodule

8.2 ahb_slave_if.v

module ahb_slave_if{
  // input signals  ahb输入
  input hclk,      // 时钟
  input hrestn,    // 复位
  input hsel,
  input hwrite,
  input hready,
  input [2:0] hsize,
  input [1:0] htrans,
  input [2:0] hburst,
  input [31:0] hwdata,
  input [7:0] haddr,     // 总线信号

  input [31:0] result,  

// output signals   slave输出
  output hready_resp, // 这是之前讲的hready
  output [1:0] hresp,
  output [31:0] hrdata,
  output ctrl,
  ouput [1:0] clac_mode,
  output [15:0] opcode_a,
  output [15:0] opcode_b
};

  reg [31:0] hrdata;

  // ahb控制信号要打一拍,所以要设置寄存器
  reg hwrite_r;
  reg [2:0] hsize_r;
  reg [2:0] hburst_r
  reg [1:0] htrans_r;
  reg [7:0] haddr_r;

  // 将ahb总线的信号和打拍的信号转换为读写信号,通过写信号,写ahb_slave_if中的控制寄存器,通过读信号读取ahb_slave_if中的读数据寄存器
  wire ahb_write;
  wire ahb_read;

  // master要进行读写操作,需要配置这些寄存器
  reg enable_r;
  reg [1:0] ctrl_r;
  reg [15:0] opa_r;
  reg [15:0] opb_r;

  parameter IDLE = 2'b00,    // 定义传输状态
            BUSY = 2'b01,
            NONSEQ = 2'b10,
            SEQ = 2'b11;

  // 寄存器有相应的地址,通过ahb传递过来的地址,配置相应的寄存器,配置好寄存器之后,clac模块才知道做什么
  parameter ENABLE_ADDR = 8'h00,   // 定义寄存器地址
            CTRL_ADDR = 8'h04,
            OPA_ADDR = 8'h08,
            OPB_ADDR = 8'h0c,
            RESULT_ADDR = 8'h10;

  // 1.将ahb总线的地址信号和控制信号进行打拍,与数据阶段对齐
  // tmp the ahb address and control signals
  always@(posedge hckl or negedge hrestn)
  begin
    if(!hrestn)
      begin
        hwrite_r <= 1'b0;
        hsize_r <= 2'b0;
        hburst_r <= 3'b0;
        htrans_r <= 2'b0;
        haddr_r <= 8'b0;
      end
   else if(hready && hsel)   // 如果hready拉高和hsel拉高，就将控制信号寄存
   begin                // hsel是decoder输出的信号，hsel拉高，slave进行处理
     hwrite_r <= hwrite;
     hsize_r <= hsize;
     hburst_r <= hburst;
     htrans_r <= htrans;  // 将数据与data phaze对齐
     haddr_r <= haddr;
   end
   else
    begin
        hwrite_r <= 1'b0;
        hsize_r <= 2'b0;
        hburst_r <= 3'b0;
        htrans_r <= 2'b0;
        haddr_r <= 8'b0;
    end
  end    

  // 2.根据ahb信号产生读写信号
  // generate write and read signal
  assign ahb_write = ((htrans_r == NONSEQ)|| (htrans_r == SEQ)) && hwrite_r && hready
  assign ahb_read = ((htrans_r == NONSEQ)|| (htrans_r == SEQ)) && hwrite_r && hready

  // 3.进行写操作,需要配置控制寄存器
  always @(posedge hclk or negedge hrestn)
  begin
    if(!hrestn)
    begin
      enable_r <= 1'b0;;
      ctrl_r <= 2'b0;
      opa_r <= 16'b0;
      opb_r <= 16'b0;
    end
    else if(ahb_write)
    begin
      case(haddr_r)
        ENABLE_ADDR    :  enable_r = hwdata[0];     // 配置寄存器的地址从haddr中得到,根据地址配置相应的寄存器
        CTRL_ADDR      :  ctrl_r = hwdata[1:0];
        OPA_ADDR       :  opa_r = hwdata[15:0];
        OPB_ADDR       :  opb_r = hwdata[15:0];
      endcase
    end
  end

  // 4.进行读操作,
  // assign hrdata = ahb_read ? bogus_reg : 32'h0;
  always @(*)
  begin
    if(ahb_read)
    begin
      case(haddr_r[7:0])
        ENABLE_ADDR    :hrdata = {31'b0,enable_r};   // 读数据,读取的是ahb_slave_if中寄存器的值,很据haddr中的低8bit找到相应的寄存器读取值
        CTRL_ADDR      :hrdata = {31'b0,ctrl_r};
        OPA_ADDR       :hrdata = {16'b0,opa_r};
        OPB_ADDR       :hrdata = {16'b0,opb_r};
        RESULT_ADDR    :hrdata = result;
        default        :hrdata = 32'h0;
      endcase
    end
    else
      hrdata = 32'h0;
  end

  // 将控制信号输出给clac模块
  assign ctrl = enable_r;
  assign clac_mode = ctrl_r;
  assign opcode_a = opa_r;
  assign opcode_b = opb_r;

  // 返回给ahb的信号
  assign hready_resp = 1'b1;   // hready_resp 固定为1表示能够随时输出计算结果
  assign hresp = 2'b00;

endmodule