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AMBA 开放规格

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片上通信的事实标准

AMBA® 协议是用于连接和管理片上系统 (SoC) 中功能模块的开放标准和片上互连规范。它有助于首次开发带有大量控制器和外设的多处理器设计。AMBA 基于 ACE、AXI、AHB、APB 和 ATB 等规范为 SoC 模块定义了共同的框架结构,这有助于设计的重复使用。

AMBA 4 是最新增添到 AMBA 系列中的规范,增加了五个新接口协议:用于在处理器之间实现完全 cache 一致性的ACE ;用于实现 I/O 一致性的 ACE-Lite;用于最大限度提升性能和能源效率的 AXI4;最适合在 FPGA 中实现的 AXI4-Lite 和 AXI4-Stream 。

AMBA 4 AXI 和 ACE 协议规范版本 E(2013 年 2 月)针对 AXI ordering排序、ACE cache 行为及 ARMv8 DVM 消息添加了新的可选属性。

 


AMBA 可实现 IP 重用

IP 重用是降低 SoC 开发成本和缩短开发时间的基本要素。在符合以下基本要求的前提下,AMBA 规范提供的接口标准可实现 IP 重用:

灵活性

IP 重用在要求使用共同标准的同时,支持具有不同功耗、性能和面积要求的各种 SoC。借助其 ACE、AXI、AHB 和 APB 接口协议,AMBA 4 可以满足所有要求。

多层

多层架构可用作 AMBA 3 AXI 或 AHB 系统中主辅接口之间的交叉开关。并行链接允许互连带宽支持主接口的峰值带宽,而不会增加互连的频率。

兼容性

它是标准接口规范,可确保不同设计团队或供应商提供的 IP 组件之间的兼容性。AMBA 规范可用作明确定义接口协议的书面规范和一套声明,以此确保实现此级别的兼容性。

支持

整个半导体行业广泛采用 AMBA 规范,这已促使完善的第三方 IP 产品和工具市场为开发基于 AMBA 的系统提供相应支持。AMBA 声明的普及加快了该行业的广泛参与。


AMBA 4 性能

最新一代中性能最高的 AMBA 4 接口称为 AXI,包括 AXI4、ACE 和 AXI 一致性扩展。它面向高带宽、高时钟频率系统设计,其一些特性能使其适用于基于深亚微米的高速互连。AXI 协议的主要功能和优点如下所示:

支持 cache 一致性和强制排序

  • AXI 一致性扩展 (ACE) 支持处理器监听彼此的 cache
  • ACE-Lite 支持媒体和 I/O 主设备监听处理器的 cache 并与其保存一致
  • 广播 barrier 以对多个未完成的事务排序以降低停止处理器的可能性 

通过使其易于重新定时而不损失吞吐量,允许实现达到更高时钟频率

  • 点对点通道架构

针对大量频率不同的时钟域,支持全局异步局部同步 (GALS) 技术。

  • 轻松添加寄存器级以达到时序收敛

通过充分利用深流水线化的 SDRAM 内存系统,分离通道架构以增加吞吐量。

  • 发出仅具有起始地址的突发事务
  • 发出多个未决地址
  • 乱序事务填充
  • 单独的地址/控制和数据阶段

<h1>AMBA 4 规范

AMBA 4 规范在 AMBA 3 规范的基础上另外新增了五个接口协议。

“AXI 和 ACE 协议规范”版本 E 在 2013 年 2 月发布,针对 AXI ordering、ACE cache 行为及 ARMv8 DVM 添加了新的可选属性。

ACE

ACE 协议和 AXI 一致性扩展增加了三个新通道,用于在 ACE 主设备 cache 之间共享数据,以及 cache 维护的硬件控制。ACE 还增加了 barrier 支持以强制对多个未完成的事务排序,因此可降低 CPU 停止以等待之前的事务完成的可能性。Distributed Virtual Memory(DVM) 用于在多个主设备之间维护虚拟内存映射。

ACE-Lite

ACE-Lite 协议是 ACE 信号的一个小子集,提供 I/O 一致性或单向一致性,其中 ACE-Lite 主设备的 cache 一致性由 ACE 主设备维护。ACE-Lite 主设备可以监听 ACE 主设备 cache,但其他主设备不能监听 ACE-Lite 主设备的 cache。ACE-Lite 也支持 barrier。

AXI4

AXI4 协议是对 AXI3 的更新,在用于多个主接口时,可提高互连的性能和利用率。它包括以下增强功能:

  • 对于突发长度,最多支持 256 位
  • Quality of Service (QoS) 传输
  • 支持多区域接口

AXI4-Lite

AXI4-Lite 协议是 AXI4 协议的子协议,适用于与组件中更简单且更小的控件寄存器式的接口通信。 AXI4-Lite 接口的主要功能如下:

AXI4-Lite 是 AXI4 协议的子协议,适用于与组件中更简单且更小的控件寄存器式的接口通信。AXI4-Lite 接口的主要功能如下:
  • 所有事务的突发长度均为 1
  • 所有数据存取的大小均与数据总线的宽度相同
  • 不支持独占访问

AXI4-Stream

AXI4-Stream 协议可用于从主接口到辅助接口的单向数据传输,可显著降低信号路由开销。该协议的主要功能如下:    

  • 使用同一组共享线支持单数据流和多数据流
  • 在同一互连内支持多个数据宽度 
  • FPGA 中实现的理想选择
<h1>AMBA 3 规范

AMBA 3 规范定义了一组接口协议(共四个),这些协议针对要求高数据吞吐量、低带宽通信,要求低门数、低功耗以及执行片上测试和调试访问的数据集中处理的组件,提出了片上数据通信要求。这些接口包括:

AMBA 3 AXI 接口

AMBA 3 AXI 接口规范提供了支持高效数据通信吞吐量的特性。 利用相对计时灵活的五个单向通道和可乱序执行数据的多个未决事务,可以:

  • 进行流水线化互连,实现高速运行
  • 进行频率之间的有效桥接,以便管理功耗
  • 同时执行读写事务
  • 有效支持初始延迟较高的外设

AMBA 3 AHB 接口

AMBA 3 AHB 接口规范可在对 AMBA 3 AXI 性能没有要求的情况下,在单频子系统中实现简单外设之间的高效互连。其固定的流水线化结构和单向通道使其可与针对 AMBA 2 AHB-Lite 规范开发的外设兼容。

AMBA 3 APB 接口

AMBA 3 APB 接口规范支持访问外设中的配置寄存器和通过低带宽外设的数据流量所需的低带宽事务。  这一高度紧凑的低功耗接口可通过高性能 AMBA 3 AHB 和 AMBA 3 AXI 互连隔离此数据通信。AMBA 3 APB 接口可与 AMBA 2 APB 接口完全向后兼容,允许使用现有 APB 外设。

AMBA 3 ATB 接口

AMBA 3 ATB 接口规范新增了数据不可知的接口,以便在 trace 系统中根据 AMBA 规范 trace 数据。为便于调试,trace 组件和总线与外设保持平行,互相连接,同时保持可见性。

<h1>AMBA 2 规范

AMBA 3 规范取代了 AMBA 2,适用于新设计。现有 AMBA 2 外设可用于基于 AMBA 3 的系统中。AMBA 2 规范定义了一组接口协议(共两个):

AMBA 2 AHB 接口

AMBA 2 AHB 接口规范可在单频系统中实现主接口之间的高效互连。 此接口不仅包括 AMBA 3 AHB 接口的所有功能,而且允许在该结构中的主接口之间使用仲裁功能。

AMBA 2 APB 接口

AMBA 2 APB 接口规范支持访问外设中的配置寄存器和通过低带宽外设访问数据流量所需的低带宽事务。 这一高度紧凑的低功耗接口可隔离高性能 AMBA 2 AHB 互连产生的数据流量。


Protocol Checker

ARM 提供系统 Verilog 声明用于 AMBA 4 协议检查。

Averant SolidPC 采用一组预定义的技术规则来验证是否符合 AMBA AHB 协议规范。

ARM 处理器

 接口

 互连

 处理器

ACE

CoreLink CCI-400

Cortex™-A15

 AXI

CoreLink NIC-400、NIC-301

 Cortex-ACortex-RARM1156ARM1176

 AHB

CoreLink NIC-400、NIC-301、ADK

 Cortex-MARM1136ARM9


白皮书

AMBA 4 ACE 简介

建模和验证 cache 一致性协议、VIP 和设计- Jasper Design Automation 和 ARM 合作支持 ACE™ 协议产品

研讨会

AMBA 4 ACE -“AXI 一致性扩展”简介

下载

AXI3 Protocol CheckerAXI4 Protocol CheckerACE、ACE-Lite Protocol Checker 等 AMBA 资源可供 ARM 注册用户使用。Protocol Checker 包含了一整套由 SystemVerilog (SVA) 编写的 Protocol Assertion,其附带的辅助逻辑可用于 trace 协议的时序行为。

针对 AMBA 4 和 AMBA 3 的 IP-XACT 1.4 总线定义可供 ARM 的注册用户查看。

ARM 引入了新的 AMBA 商标许可和使用准则

在下面的文档列表中,第二版 AMBA AXI 协议规范定义了 AXI3、AXI4 和 AXI4-Lite。

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