AMBA总线笔记1-APB设计要点

1.APB2框架

        APB是一种低功耗、低速度外设总线，主要用于连接外围设备和低速外设，如定时器、GPIO（通用输入输出）、串口控制器等。因其低功耗和相对简单的设计，适合于对性能要求不高的外设连接。

        在实际的SOC架构中，APB往往就以以下形式出现：

        AHB总线负责核心的CPU、DMA等需要高频高带宽的模块，APB总线负责TIMER、WDT、外设等对速度需求较低、功耗较小的设备。由于不同的定位，APB架构相较AHB来说也简单了不少，最大的不同体现在APB仅有一个master（AHBLite也是），因此省去了对多个master进行仲裁的arbiter模块。APB整体模块的逻辑和信号也更为简单清晰，要做到能将master、slave部分的输入输出清晰地在脑子中构建出来：

图源自：AMBA总线—APB总线协议详解_amba总线apb-CSDN博客

APB的状态机转换图为：

2.APB3,APB4

        以上介绍的均为APB2协议，后来又推出了APB3和APB4，在原协议基础上增加了一些信号使得整体更加完善。

2.1APB3

        相较APB2，加入了PREADY和PSLVERR。这两个信号很好理解：slave通过PREADY信号直接告诉master现在slave已经READY了，可以接受读写操作，如果此时不READY，那么master就要wait直到PREADY拉高，类似于AHB协议中的HREADY信号。PSLVERR则是提供了Slave反馈给master error response功能，但它只会在传输的最后一拍有效，低电平表示无误，高电平表示有误。

2.2APB4

        APB3的基础上，APB4又加入了两个信号：PSTRB、PPORT。PSTRB提供了写数据总线上的稀疏传输功能。每一位PSTRB对应写数据总线上的1byte。32bit信号需要4位PSTRB。也就是说假如0-23位bit都为0，PSTRB就会置为1000.

        PPORT是一个3位宽的信号，内容表示如下：

3.question

1.状态机进入setup后下一拍就会进入enable，好像PENABLE信号没有存在的必要？

        对于时序电路来说确实如此，PENABLE不是必需，但对于组合电路需要PENABLE指示处于setup状态还是enable状态，类似打拍时的边沿检测。

        setup = !penable&&psel

        enable = penable &&pesl 

2.APB4协议中为什么需要PPORT信号？

        对于CPU而言，可以工作在用户模式下也可以工作在特权模式下，可以工作在安全模式或非安全模式下。因为系统现在越来越复杂，一些外设也要求只能在安全模式下或者特权模式下访问。所以PPROT信号主要就是为了表示当前的这个访问是否安全，从而和整个系统的security保持一致。

3.使用中具体该选择哪个APB协议？

        APB2没有PREADY，也就是slave必须要及时响应，但是使用APB的模块基本都是慢速设备，有可能无法及时响应，因此APB2被淘汰了，很少使用。

        APB3适用于以AHB2，AHB-lite为基础的bus系统，这些系统中没有安全模式选通模式一说，因此没必要使用APB4。

        APB4适用于以AHB5，AXI为基础的bus系统中，因为他们都有安全模式，而且AXI是支持write选通的，所以这时候选择APB4比较好。

4.APB时钟频率一般是多少？

        APB一般情况下都是对寄存器的访问，或者接触一些慢速的外设SPI，I2C，WDT时才会使用，所以完全没必要使用很快的频率，一般在5MHz到50MHz之间，当然具体还要取决于应用场景。APB的外设一般挂在AHB2APB，或者AXI2APB的bridge上，AHB/AXI的的频率较高，一般情况下，APB时钟频率是AHB/AXI时钟频率的n分频。

        具体定义芯片spec时，需要确定外设的带宽，然后再确定APB的时钟频率。外设中传输最快的是全双工的SPI。以32bit总线举例，如果SPI达到32mbps的速度，此时APB时钟频率则不能低过1Mhz，显然要达到这样的时钟频率还是非常容易。