現在來講soc的神經末梢，它們依附在骨架上，受和調控制，并將外部信息分享給核心以及其他成員。它是什么呢？

它就是我們所說的標準總線。soc上所有模塊想要被核心控制，都需要掛載到crossbar上，以便cpu下配置，以及cpu和dma進行數據傳輸。我們以最簡單的APB總線入手，來進一步了解標準總線的工作原理。

1、APB協議簡介

APB(Advanced Peripheral Bus) 作為高級外設總線是AMBA協議之一，也是最基本的總線協議。按照ARM官方定義，APB是一種低成本的接口協議，可以實現低功耗以及精簡的接口設計，降低接口設計的復雜度。

APB協議不支持流水線設計，它主要應用在低帶寬設計需求的接口中，高性能帶寬需求可以使用AXI總線。APB協議的實現與時鐘沿對齊，以簡化外設接口的設計。每次傳輸至少需要消耗兩個時鐘周期。

在SOC設計中，AHB一般作為IP的配置接口，包括低速IP如I2C,UART,I2S等，也包括DDR,PCIe,Ethernet等高速IP，可以方便的實現CPU對外設IP的寄存器配置。系統中一般會實現一個AXI2APB或者AHB2APB的轉換橋將APB口掛載在系統上。

APB的傳輸信號只與時鐘上升沿有關，故其具備以下優點：

·易于實現高頻操作；

·性能與時鐘占空比無關；

·靜態時序分析簡單；

·易于與基于上升沿的寄存器訪問；

·易于集成到基于周期的仿真器中。

1.1、APB的發展史

協議已經從APB2.0發展到現在的APB4.0。具體區別如下：

·APB2.0 ：該版本協議定義基本的接口信號（具體可見端口信號章節，刪除APB3.0有的接口就行);

·APB3.0：增加信號PREADY用以指示slave準備好數據，增加信號PSLAVERR代表傳輸錯誤；

·APB4.0：增加信號PROT保護類型，增加信號PSTRB來支持byte級的訪問；

2.0和3.0的區別是什么？

APB2.0和APB3.0的差別：APB3.0提供了一個低功耗的接口，并降低了接口的復雜性。且APB3比APB2增加了兩個信號：

PREADY：來擴展APB傳輸，主要是增加延時；

錯誤信號PSLVERR：來指示傳輸失敗。

3.0和4.0的區別是什么？

·增加了PROT和PRSTB兩個信號。

·PPROT一種保護信號，用于支持APB上的非安全交易和安全交易。

·PSTRB一個寫選通信號，用于在寫數據總線上進行sparse data transfer（稀疏數據傳輸）。APB4用的比較少。

APB協議向下兼容。

目前soc上最常用的是APB2.0和APB3.0，下面我們主要介紹這兩個版本。

2、APB 2.0

2.1、APB2.0信號列表

這里需要區分Master和Slave的區別，Master是主機，Slave是從機，一個總機下可以有n個從機，所有的數據傳輸都是master來控制的，slave來回應。這里需要用到APB 1TO多bridge，APB bif不需要仲裁，只需要對地址的decode，如果地址處于某個slave的域內，就拉高它的PSELn等控制信號，n為slave號。

APB2.0信號

2.2 、狀態機

通過PSELx和PENABLE信號的變化，使APB總線處于下面3個狀態：

狀態機

·IDLE：PSELx和PENABLE都為0，表明master和slave之間無通信請求，因此處在該狀態。

·SETUP：當master和某一個slave之間準備進行數據傳輸時，會進入該狀態，這時PSELx=1，PENABLE=0。意思是master選中某一個slave告訴slave我準備要和你交換數據啦，請你準備好！這個狀態會保持一個時鐘周期然后進入ENABLE狀態。這個狀態可以直接給wdata。

·ENABLE：這個時候PENABLE拉高，master和某一slave進行數據傳輸，持續一個時鐘周期。這個狀態開始等待rdata。

在自己寫master時，就按照這個狀態輸出控制信號就可以了。

2.3 、寫操作

下面就是寫傳輸的時序圖：

寫時序

·T1~T2：這個階段master和某一slave無交互數據，因此處于IDLE狀態。

·T2：在該時刻，master準備將數據寫入某一slave中，因此進入SETUP狀態，同時把某一slave的PSEL信號拉高，PWRITE信號拉高，這表示master告訴某一slave：我即將要和你進行數據傳輸，是我把數據寫到你里面，請你準備好！同時改變PADDR和PWDATA信號，這是為了滿足下個上升沿的時序。

·T2~T3：保持一個時鐘周期。

·T3：此時將PENABLE信號拉高，真正將wdata寫到addr。

·T3~T4：保持一個時鐘周期。

·T4：數據傳輸結束，再次回到初始狀態。

2.4、讀操作

讀時序

·T1~T2：這個階段master和某一slave無交互，因此處于IDLE狀態

·T2：在該時刻，master準備從某一slave中讀取數據，因此進入SETUP狀態，同時把某一slave的PSEL信號拉高，PWRITE信號拉低，這表示master告訴某一slave：我即將要和你進行數據傳輸，是我要讀你的數據，請你準備好！同時改變PADDR，這是為了滿足下個T4采樣沿的時序。

·T2~T3：保持一個時鐘周期。

·T3：此時將PENABLE信號拉高，表示master正式把某一slave之中的數據讀出來，注意，數據在ENABLE周期末尾的時鐘上升沿被采樣，也就是T4時刻。

·T3~T4：保持一個時鐘周期。

·T4：數據傳輸結束，再次回到初始狀態。

3、APB 3.0

APB 3.0協議是在APB 2.0協議的基礎上新加了2個信號，PREADY和PSLVERR組成的；PREADY信號是slave設備用來表示slave是否準備好的信號，PSLVERR是表示slave接收的數據是否有誤。

信號表

APB3.0信號

3.1、寫操作

寫操作，無等待

寫無等待時序

該種情況和APB2.0沒有任何區別，當PENABLE拉高后，會檢查PREADY是否拉高，如果拉高表示slave當前準備好了數據傳輸，則在上升沿3將數據寫給salve。

寫操作，有等待

寫有等待時序

如果PENABLE拉高后，發現PREADY沒有拉高，則表示slave還沒有準備好數據傳輸，這時所有信號保持不變直到PREADY拉高，在上升沿5將數據寫入。

3.2、讀操作

讀操作，無等待

讀無等待時序

該種情況和APB2.0沒有區別，與寫操作無等待類似，不再細說

讀操作，有等待

讀有等待時序

當PENABLE拉高后，發現PREADY信號還沒有拉高，表示slave還沒有準備好，這時會等待直到PREADY信號拉高，在上升沿6時刻采樣數據

3.3、錯誤反饋

PSLVERR來指示APB傳輸上的錯誤情況。讀取和寫入事務都可能發生錯誤。當PSEL，PENABLE和PREADY均為高電平時，僅在APB傳輸的最后一個周期內才認為PSLVERR有效，其他時間不考慮PSLVERR。

寫操作

slverr寫時序

在前面的有等待的寫操作的基礎上，添加PSLVERR，也就是在T4時刻采樣，發現PSEL，PENABLE和PREADY均為高電平的前提下，PSLVERR為高，說明這次數據傳輸有錯誤。軟件決定后續行為。

讀操作

讀slverr時序

在前面的有等待的讀操作的基礎上，添加PSLVERR，也就是在T5時刻采樣，發現PSEL，PENABLE和PREADY均為高電平的前提下，PSLVERR為高，說明這次數據傳輸有錯誤。軟件決定后續行為。

4、APB應用場景。

APB因為其面積小，接口少，經常用在外設上，為什么呢？

因為soc上外設很多，包括spi,i2c,uart,timer,wdt等，他們對時鐘要求不高，如果使用APB接口，可以省面積，降低芯片的復雜度。這也是為什么外設優先的標準接口是APB。

這里主要講一些APB在SOC上的特殊用法。

·某些IP預留用戶控制信號，我們需要用寄存器控制此信號，一般soc每個子系統都會有一個模塊專門做這個事情，這是就可以選擇APB接口用來配置這些寄存器。

·某些IP，例如SRIO，serdes預留用戶配置接口，synosys叫做cr配置口，用于配置或者debug。這時候我們可以自己寫一個APB2CR的橋。

·核間通訊模塊。通過寫寄存器產生中斷輸出，這時候可以使用APB接口，因為中斷發生次數少，無性能要求，可以使用APB，簡單。

·APB轉sram接口或者APB轉fifo。某些模塊對外接口是sram，需要我們使用轉接橋，根據性能我們選擇使用合適的AMBA總線；自研模塊數據緩存時,涉及到異步處理,這時候可能用到APB轉FIFO的設計。

但是他也有局限,帶寬低且不支持pipeline,所以module有這些要求不要使用APB。

審核編輯：黃飛