AMBA规范之AHB/APB

1、AMBA片上总线（Advanced Microcontroller Bus Architecture）标准

---- ARM公司设计的一种用于连接和管理片上系统中功能模块的开放标准和互连规范。

---- 在基于IP复用的SOC（System On Chip，系统级芯片/片上系统）设计中，片上总线设计是最关键的问题。

其中ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SOC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。

---- AMBA规范主要包括了AHB系统总线和APB外围总线、ASB。

---- AHB：Advanced High Performance Bus 高级高性能总线，如同USB（Universal Serial Bus）通用串行总线一样，也是一种总线接口。

AHB主要用于高性能模块（如CPU、DMA和DSP等）之间的连接，作为SOC的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作，

非三态的实现方式，支持突发传输，支持分段传输，支持多个主控制器，可配置32位～128位总线宽度，支持字节、半字和字的传输。

CPU、片内存储器和DMA设备等高速设备连接于这类总线上。

---- ASB：Advanced System Bus 高级系统总线，特征与AHB相同，不同之处在于读写数据复用了一条双向数据总线。

---- AHB系统由主模块、从模块和基础结构（Infrastructure）3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。

基础结构则由仲裁器（arbiter）、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器（decoder）、虚拟从模块（dummy Slave）、

虚拟主模块（dummy Master）所组成。

---- APB：Advanced Peripheral Bus  高级外围总线  APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等。系统的大部分低速外设

连接于APB总线上。它的总线架构不像AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB桥。

其特性包括：两个时钟周期传输，无需等待周期和回应信号，控制逻辑简单，只有四个控制信号。高速总线与低速总线之间通过桥接电路实现互连。

---- 转换：大多数挂在总线上的模块（包括处理器）只是单一属性的功能模块：主模块或者从模块。

主模块是向从模块发出读写操作的模块，如CPU，DSP等；从模块是接受命令并做出反应的模块，如片上的RAM，AHB/APB桥等。

另外还有一些模块同时具有两种属性，例如DMA（直接存储器存取）在被编程时是从模块，但在系统读传输数据时必须是主模块。

如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问。虽然仲裁规范是AMBA总线规范中的一部分，

但具体使用的算法由RTL设计工程师决定，其中两个最常用的算法是固定优先级算法和循环制算法。

---- AHB总线上最多可以有16个主模块和任意多个从模块，如果主模块数目大于16，则需再加一层结构（参阅ARM公司的Multi-layer AHB规范）。

---- APB桥既是APB总线上唯一的主模块，也是AHB系统总线上的从模块。其主要功能是：

锁存来自AHB系统总线的地址、数据和控制信号，并提供二级译码以产生APB外围设备的选择信号，从而实现AHB协议到APB协议的转换。

时钟对MCU而言，就好比人类的心脏。由其给AHB、APB总线供给血液（时钟频率），而挂在AHB（Advanced High Performance Bus）总线上的器件

就像是我们的各个器官，挂在APB（Adanceed Peripheral Bus）总线的外设就像是人类的四肢。各个器官和四肢只有在你的血液（时钟频率）供给恰到

好处时才能正常运转。

ARM微处理器的七种运行模式一般指：

1、用户模式（usr）：正常的程序执行状态

2、快速中断模式（fiq）：

3、中断模式（irq）：

4、管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式

5、系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务

6、数据访问终止模式（abt）：数据或指令预取终止时进入该模式

7、未定义指令终止模式（und）：未定义的指令执行时进入该模式     

可以通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式。 除用户模式外，其余6种工作模式都属于特权模式。 

特权模式中除了系统模式以外的其余5种模式称为异常模式。 大多数程序运行于用户模式。 进入特权模式是为了处理中断、异常、或者访问被保护的系统资源。

2、北桥、南桥

---- 北桥芯片（North Bridge Chipset）是主板上离CPU最近的芯片，主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能

而缩短传输距离。北桥芯片是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。

AGP：Accelerate Graphical Port（加速图形接口）AGP连接控制芯片和AGP显示卡。

PCI: Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)，目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。

一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的。北桥主要负责CPU与内存之间的数据交换，并控制AGP、PCI数据在其内部的传输，

是主板性能的主要决定因素。因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以一般都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热，

有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。因为北桥芯片的主要功能是控制内存，而内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组

中北桥芯片是肯定不同的。北桥主要控制 CPU、内存、显卡等高速设备。

---- 南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE1394、甚至WI-FI无线网络等等。

南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组中除了北桥芯片以外最重要的组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，

这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线，而且更加容易实现信号线等长的布线原则。相对于北桥芯片来说，

南桥芯片数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都不必采取主动散热，有时甚至连散热片都不需要。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，

如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，

所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。所以主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。

----- 布局图如下：