AHB協議詳解

一、什麼是AHB協議

AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 是具有靈活性、可擴展性和可重用性的匯流排標準，有助於在不同類型的晶元之間進行通信。AHB (Advanced High-performance Bus) 是 AMBA 規範中定義的一種並行匯流排協議，用於系統中高速設備的互聯通信，是 AMBA 規範中主要的匯流排協議之一。

AHB 處理器之間通常使用此協議進行連接。此外，還可將 AHB 和其他協議（例如 APB）結合使用，以連接低帶寬設備。AHB 協議指定了匯流排的操作方式、時序和傳輸類型，為晶元級通信提供了機制。

二、AHB協議的特點

1. 高帶寬，支持傳輸寬度 up to 512 bits。

2. 支持多個主設備和從設備。

3. 採用匯流排的方式進行通信，實現了設備之間的解耦。

4. 採用基於通道的交易方式，可以進行突發傳輸(Burst Transfer)。

5. 支持優先順序和布線分離。

三、AHB協議的傳輸類型

1. 單個傳輸(Single Transfer)

單個傳輸是一次僅傳輸一個數據的操作。數據傳輸結束後匯流排空閑。

// 代碼示例
slave_address = 0x0010;   // 從設備地址
data_out      = 0x112233; // 待傳輸數據
AHB_write(slave_address, data_out);

2. 突發傳輸(Burst Transfer)

突發傳輸是一次傳輸多個數據的操作，可增加匯流排的傳輸效率。突發傳輸分為固定突發(Fixed Burst) 和增量突發(Incremental Burst)。

固定突發表示傳輸時，後續數據地址的計算方式固定，依次累加地址。而增量突發表示傳輸時，後續數據的地址是基於第一個數據的地址計算得出的。

// 代碼示例
slave_address = 0x0020;
// 固定突發，傳輸5個數據
AHB_burst_write(slave_address, data_array, 5, FIXED_BURST);
// 增量突發，傳輸8個數據
AHB_burst_write(slave_address, data_array, 8, INCREMENTAL_BURST);

四、AHB協議的時序關係

如下是 AHB 協議傳輸(Generic Transfer)的時序波形圖， 主設備進行一次傳輸的時序可以分為六個階段：

1. Address Phase：地址傳輸階段

2. Data Phase：數據傳輸階段

3. Response Phase：應答傳輸階段

4. HREADY Phase：設備空閑狀態階段

5. HREADYOUT Phase：響應狀態階段

6. Lock Phase：匯流排所有權。

// 代碼示例
// AHB傳輸，先傳輸讀取地址，然後等待設備準備完成，再進行數據傳輸
AHB_address_phase(slave_address, READ);
if (HREADY) {
    AHB_data_phase(slave_address, &data_in, 0, DATA_READ);
}

五、AHB協議的優點

1. 可擴展性強，兼容性好，便於設計與開發。

2. 支持高速設備通信。

3. 容錯能力強，可以自適應不同速率的設備通信。

4. 易於實現並支持非同步突發傳輸。

六、AHB協議的應用

由於 AHB 協議高速、穩定、靈活、可靠，已經廣泛應用於各種晶元的設計中。其中一些典型的應用有：

1. 嵌入式系統中；

2. 高性能數字信號處理器 (DSP) 和圖形處理器 (GPU) 中；

3. 多核處理器中。

七、總結

本文詳細闡述了 AHB 協議的基本概念、特點、傳輸類型和時序關係，並介紹了 AHB 協議的優點和應用場景。不同的晶元可以根據需求使用這種協議，實現不同設備之間的快速、可靠的通信，為人們提供了更好的晶元級通信機制。