（微电子学与固体电子学专业论文）与ocp兼容的ahb总线的rtl设计.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 随着深亚微米工艺技术、设计技术的迅速发展，集成电路已进入片上 系统( s y s t e mo n c h i p ，简称s o c ) 时代。s o c 集成系统互连结构的片内总线的 优化与i p ( i n t e l l i g e n c ep r o p e r t y ) n - j 重用性的探索是s o c 设计的两个关键点。 本文主要是设计了一款r t l ( r e g i s t e rt r a n s i f e rl e v e l ) 的与o c p ( o p e n c o r ep r o t o c o l t m ) 兼容的a h b ( a d v a n c e d h i g h p e r f o r m a n c eb u s ) 总线，它是 哈尔滨工业大学研究生院s o c 中心建设s o c 平台工作的一个重要组成部分。 主要设计工作分为以下两个部分。 根据a r m 公司开发的a m b a 州r e v 2 0 片内总线协议的功能要求，参 考众多集成电路设计文献。完成了a m b a ( a d 、r a n c e dm i c r o e o n t r o l l e r b u s a r c h i t e c t u r e ) 总线的主要组成部分a h b ( a d v a n c e dh i g h p e r f o r m a n c eb u s ) 总线的r t l 设计。a h b 划分成五部分具体实现，分别是仲裁器，译码器， 以及三个不同功能的多路选择器。r t l 的a h b 总线经过了确定性验证，在 实验室的行为级s o c 随机测试平台上进行了系统验证，并且评估了传输效 率。 在a h b 总线的基础上，参照o c p 协议，完成了a h b 总线的o c p 接 口电路r t l 设计。a h b 的o c p 接口电路划分成四个功能模块，分别是主 设备接口电路，从设备接口电路，广播向主设备的接口电路，广播向从设 备的接口电路。最后应用了o c p 组织提供的系统仿真软件c o r e c r e a t o r ，对 设计好的r t l 接口电路加入了相应的o c p 行为级模块作为激励，进行了系 统仿真。 关键词片上系统；高性能微处理器总线结构；先进高性能总线：开放 芯核协议 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 量鲁曼皇e | 葺置皇簟i l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f d e e ps u b m i c r o m e t e rt e c h n o l o g ya n di n t e g r a t e d c i r c u i t s d e s i g n ，i n t e g r a t e d c i r c u i t s i n d u s t r y h a s s t e p p e d i n t ot h ee r ao f s y s t e m - o n - c h i p ( s o c ) h o w t oo p t i m i z eab u s o n - c h i p ，w h i c hi sam a j o r p a r t o fs o c ，a n dh o wt os o l v et h ep r o b l e mo fi p ( i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y ) r e u s e ，a l e c o n s i d e r e da st w om o r e i m p o r t a n tp o i n t si ns o cd e s i g n t h em a i nj o bi nt h i s p a p e r i st h ed e s i g no fa na h b ( a d v a n c e dh i g h p e r f o r m a n c e b u s ) ，w h i c hc o n f o r m s t o o c p ( o p e nc o r ep r o t o c 0 1 ) i t s a n i m p o r t a n tp a r to ft h es o cr a n d o mn u m b e r - b a s e dv e r i f i c a t i o np l a t f o r mo f m i c r o e l e t r o n i c sc e n t e r a ts h e n z h e ng r a d u a t es c h o o lo fh a r b i ni n s i t u t eo f t e c h n o l o g y t h e r e a r et w om a i n s t e p st oc o m p l e t e t h i s j o b r t l d e s i g no fa h b ( a d v a n c e dh i g h - p e r f o r m a n c eb u s ) t h em a i np a r to f a m b a ( a d v a n c e dm i c r o c o n t r o u e rb u sa r c h i t e c t u r e ) i sc o m p l e t e df i r s t l y ， f o l l o w i n gw i t ht h ep r o t o c o la m b a l ”r e v 2 0o fa r m t h e f i v ec o m p o n e n t so f t l l i sa h ba r ea r b i t e r ，d e c o d e r ，a n dt h r e em u l t i s w i t c h e sw i t hd i f f e r e n tf u n c t i o n s s e n c o n d l y d e t e r m i n e dt e s t c a s o sa r ep a s s e df o rt h i sr t ld e s i g n t h i sm o d e li s s i m u l a t e di nas o cr a n d o mn u m b e r - b a s e dv e r i f i c a t i o n a n dt h ee f f i c i e n c yo ft h i s c o m m u n i c a t i o nh a sb e e ne s t i m s t e di nt h i sp l a t f o r m r t lm o d e lf o ro c pi n t e r f a c ei s d e s i g n e d ，o nt h eb a s eo fa h bb t l s ， f o l l o w i n gw i t h 血e0 c p ( o p e nc o r ep r o t o c 0 1 ) t h e r ea r ef o u rk i n d so ft h i s i n t e r f a c e ：m a s t e ri n t e r f a c e ，s l a v ei n t e r f a c e ，b r o a d c a s tm a s t e ri n t e r f a c e ，a n d b r o a d c a s ts l a v e i n t e r f a c e s y s t e m s i m u l a t i o nh a sb e e nd o n e u s i n g t h e c o r e c r e a t o r ，w h i c hi sa ne d at o o ls u p p l i e db yt h eo c pa s s o c i a t i o n ，s o m e r e s e a c hw o r kh a db e e nd o n ew i t hi t k e y w o r d ss o c ，a m b a ，a h b ，o c p n 第l 章绪论 1 1 研究的目的和意义及课题来源 随着深亚微米工艺技术、设计技术的迅速发展，集成电路已进入片上系 统( s y s t e m o nc h i p ，简称s o c ) 时代i l q j 。片内总线作为s o c 集成系统的互 连结构，可以把各个i p 功能模块互连起来，为整个系统解决功能模块间的相 互通信问题，包括数据格式、通信联络、时序、协议等方面，从而为设计人 员免去相当大的精力去考虑如何将自己设计的功能模块和其它功能模块连接 起来，使得i p 模块集成起来更加方便1 4 1 1 ”。同时，基于片上总线的测试平台 为s o c 的验证带来了新的机遇，通过片上总线执行静态时序分析和功能验证 可以大大减轻s o c 的设计任务【6 1 i ”。 在市场现有的众多片内总线中，由a r m 公司开发的a m b a ( a d v a n c e d m i c r o c o n t r o l l e rb u sa r c h i t e c t u r e ) r e v 2 0 片内总线结构深受广大i p 开发商和 s o c 系统集成者的青睐，使得它成为一种流行的工业标准片内总线结构喁9 1 。 a m b a 总线r e v 2 0 规范包含两级总线：a h b ( a d v a n c e dh i g h p e r f o r m a n c e b u s ) 系统总线和a p b ( a d v a n c e dp e r i p h e r a lb u s ) 外围总线。a h b 系统总线采用 地址与数据分离的流水式操作，支持固定长与不定长猝发( b u r s t ) 传送、分裂 ( s p l i t ) 交易特性和多个主设备的总线管理，具有高带宽、高性能特性，适用于 嵌入式处理器与高性能外围设备、片内存储器及接口功能单元的连接。通用 外围设备驻留在低速的a p b 外围总线上，a p b 外围总线通过桥与a h b 系统 总线相连，它有助于降低系统功耗和设计复杂性。此外，a m b a 总线支持静 态时序分析及友好的测试插入【”】。 本文在a m b a 总线r e v 2 0 规范基础上，采用t o p 。d o w n 设计方法完 成了a m b a 片内总线的主体a h b 各个控制部件的设计。其中，a h b 系统 总线控制部件包括a h b 仲裁器、中央译码器和多路选择器。 另外，插槽接口的标准化及其在半导体产业中的广泛采用，是在复杂s o c 产品中进行可复用i p 开发和i p 集成的关键因素】。为了进一步改进我们的 系统设计，减少复杂s o c 产品设计周期，哈尔滨工业大学深圳研究生院s o c 实验室加入了为即插即用s o c 设计提供i p 内核接口公共标准的开放内核协 议国际合作组织o c p i p ( o p e n c o r ep r o t o c o li n t e r n a t i o n a lp a r t n e r s h i p ) 。 哈尔演工业大学工学硕士学位论文 o c p 是为了在s o c 设计中实现i p 内核的即插即用而制订的片上总线规 格，不依赖于特定处理器内核和总线协议。只要i p 内核和总线符合o c p ， 那么即便更换处理器内核和总线，也不需要重新设计i p 内核。本文根据开放 内核协议国际合作组织o c p i p 业已公开的o c p ( 开放内核协议) 最新版 “o c p 2 0 ”，为a h b 总线设计了一个接口电路。 1 2 国内外在该方向的研究及分析 1 2 1 国内状况分析 s o c 在中国总体处于起步阶段，目前国内具有s o c 开发能力的企业与科 研机构经过充分调查为数很少。具有s o c 开发能力的企业以方舟，苏州国芯 为首不过几家。其中方舟的s o c 平台有两种：第一种是使用快速哈佛总线结 构配合低端o c p 总线；第二种是快速a h b 总线配合低端a p b 总线。而苏州 国芯科技有限公司在摩托罗拉的技术上，建立和发展的具有自主产权的商性 能3 2 位嵌入式r i s c 微处理器c c o r e ，在此基础上开发出自己的总线c + b u s ， 并且联合一些企事业单位称为c + c o r e 同盟。 由于o c p 是一种2 0 0 3 年最新开放的协议标准，国内科研结构与企事业 单位对此还处于一种模糊和探索的阶段。从地域而言，目前中国加入o c p 组织的商业机构只有意法半导体( 中国) 有限公司。而o c p 成员的中国名单 中，只有哈尔滨工业大学深圳研究生院微电子中心一家。 1 2 2 国外状况分析 在2 0 世纪9 0 年代中期，a s i c 技术从芯片集成的理念发展成为基于嵌 入式核的片上系统s o c 概念。简单地说，s o c 是一种将多个独立的v l s i 设 计拼合在一起，来完成某一应用所需的全部功能的集成电路。在一个s o c 芯 片中，a s i c 制造商可以使用自己设计的核库，也可以使用来自无加工线 ( f a b l e s s ) 或者无芯片( c h i p l e s s ) 设计公司设计的核。后者通常被称为知识 产权( i p ) 公司。今天s o c 的设计方案主要有以下3 种形式：由a s i c 销售 商设计是指芯片所有部件的设计和生产都由a s i c 销售商完成；集成设计是 指由a s i c 销售商设计芯片，但其中的部件不全是由他们自己设计的。这意 味着使用了从其他途径，如i p 提供商或其他半导体生产厂商提供的一个或多 个核。芯片的生产既可以由a s i c 销售商也可以由其他半导体厂商来完成； 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 桌面设计是指由f a b l e s s 公司设计的芯片。其中大部分核通过如【p 设计公司、 e d a 公司、设计服务公司或者半导体生产厂商等途径来获取。通常情况下， 芯片的生产由独立的芯片代工厂完成。 国际上，片上总线尚处于发展阶段，不象微机总线那样成熟1 1 1 1 ，目前还 没有统一的标准，因此各大厂商和组织纷纷推出自己的标准，以便在未来的 s o c 片上总线标准中占有一席之地。其中一些比较有影响的片上总线有 a m b a ，a v a l o n ，o c p ，w i s h b o n e 等1 1 2 - 1 4 1 。( 在【p 复用的根本意义上， o c p 组织提供的开放核协议与其他总线协议是一样的，从这个角度而言，o c p 本身可以看作一种总线，而且o c p 组织也提供一种支持o c p 协议的具体总 线b a c k b o n e 。) v s i a sv i r t u a lc o m p o n e n ti n t e r f a c e ( v c i ) 是一种有相当影响力的开放核 接口协议【l5 j 【j 。o c p 相似于v c i ，但是v c l 只支持核间的数据流传输，而 o c p 在支持此项功能的基础上，还支持边带控制信号和测试信号。 总之，简化设计，提高i p 的可重用性是s o c 总线的根本目的【1 7 1 9 1 ，更 是发展趋势。因此结构简单，数据吞吐率高，功耗低是s o c 总线标准的生命 力1 2 。此外还有总线的开放性，这一点也许应该借鉴微机总线的一些成功的 经验。 1 3 主要研究内容 本文主要是设计了一款与o c p 兼容的a h b 总线。主要设计步骤分为两 个部分： ( 1 ) 根据a r m 公司开发的a m b a r e v 2 0 片内总线协议的功能要求， 参考众多集成电路设计文献，对a m b a 总线的主要组成部分a h b 总线进行 了r t l 级设计。a h b 划分成五个组成部分实现，这五个组成部分是仲裁器、 译码器、和三个不同功能的多路选择器。仲裁器设计作为重点，采用固定优 先级仲裁机制。总线整体经过了六组确定性验证，然后在s o c 随机验证平台 上进行系统验证，严格的规范了逻辑功能，并且评估了传输效率。 ( 2 ) 在a h b 总线的基础上，参照o c p 协议，设计出r t l 的a h b 总线 的o c p 接口电路。这里的接口电路共有四种：主设备接口、从设备接口、广 播向主设备接口、广播向从设备接口。然后，探索了o c p 组织提供的系统仿 真软件c o r e c r e a t o r ，对进行o c p 打包的核的对应接口加入了相应的o c p 行 为级模块激励，进行系统仿真。 1 4 论文结构 第一章为绪论，主要介绍课题的背景、国内外在该方向的研究成果及现 状和本文的主要研究内容。 第二章阐述相关理论和技术，包括a h b 协议和o c p 协议。 第三章阐述a h b 总线的r t l 设计与实现。 第四章阐述a h b 验证，包括确定性验证和随机系统验证。 第五章阐述o c p 接口电路的r t l 设计与实现。 第六章探索了o c p 系统仿真工具c o r e c r e a t o r 的应用，对己设计好的核 进行o c p 系统仿真。 第七章为论文的结论。 - 4 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第2 章a h b 协议与o c p 协议 2 1a h b 总线协议 a h b 总线是一种高速总线，是a m b a 总线的新一代。它主要功能和特 点包括：猝发数传输，分裂传输，单周期内总线交接，全部同步操作，无三 态逻辑，可配置的数据宽度。 2 1 1a 船总线和主设备，从设备的连接图 如下图2 1 所示。一个a h b 总线的信号线共分三部分，地址线( 包括控 制线，因为和地址线在一个周期传输，为了简化，画成一根线，用地址线来 表示) ，写数据线，读数据线。图中有三个主设备和四个从设备和a h b 相 连，在同一时刻只能有一个主设备和一个从设备同时占用总线进行通信。 a h b 通过仲裁器a r b i t e r 来决定是哪一个主设备占用总线进行传输。仲裁器 产生控制信号，控制主设备向从设备的多路选择器选择相应主设备的地址和 写数据。地址和写信号通过多路选择器后以广播形式传送到四个从设备。总 线中有一个译码器，这个译码器根据地址信号，可以产生选通信号，选通对 应的从设备。从设备把读数据送出来，受译码器控制的多路选择器选择确定 的从设备读数据广播到主设备。 图2 - 1a h b 与主设备，从设备连接图 f i g 2 - 1t h e c h a r to f a h bc o n n e c tw i t ht h em a s t e ra n ds l a v e 2 1 2a h b 通信概述 在一个主设备进行通信之前，它必须获得总线的允许。主设备先向总线 发送一个请求信号，总线通过情况判断，决定是否把使用权给这个主设备。 当一个主设备的申请被总线通过之后，这个主设备在第一个时钟周期开 始发地址和控制信号，并在第二个时钟周期开始发对应上一个时钟周期地址 和控制信号的数据。即这是一个进行二级流水通信操作的总线。 这种总线支持两种形式的猝发数操作：增长型的猝发数( 包括单一数) ， 地址空间不限增长；打包型的猝发数，地址空间环形循环。 a h b 的读数据总线和写数据总线是分开独立的。 从设备利用反馈信号h r e s p 向主设备反馈通信信息，这是一个二位的 信号，它有四种表达方式： o k a y ，表示传输正常进行。 e r r o r ，传输错误，需要重新传输，或者放弃当前传输的猝发数。总线 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 协议阐述此两种操作可以根据实际应用任选其一，在本文中，选用后者，放 弃当前传输的猝发数。 r e t r y ，传输没有正常进行，从设备要求重发。在本文中，支持猝发数 断点重发形式。 s p l i t ，从设备要求分裂传输。当从设备判断在较短周期内不能响应主 设备，如果要求主设备等待，则会延误总线太长的周期，造成损失，这时从 设备给出信号s p l i t ，通知总线和主设备暂停该主设备和从设备之间的传输。 2 1 3 基本传输 a h b 通信有两个阶段组成：地址，控制信号传输阶段，仅一个周期；数 据传输阶段，一个或多个周期，可以由从设备的反馈信号h r e a d y 扩展周 期。 在第一个时钟的上升沿，主设备给出地址和控制信号，在第二个时钟上 升沿，从设备采到这些信息。从设备根据自身情况，能不能准时接收数据或 者发出数据，给出h r e a d y 信号。h r e a d y 信号为“1 ”，则表示数据接收能 够马上成功，或者是能够马上给出数据；为0 表示需要延长接收或给出数据 的时间。 上面所说的地址，控制信号传输阶段，仅一个周期是指从设备的 h r e a d y 信号与主设备发送给它的地址，控制信号无关。在同一个周期内， 相对数据总线而言，地址和控制上传输的是下一个传输的信息。所以当 h r e a d y 为0 ，把数据总线延长一个周期的同时，也延长的此数据对应传 输的下一个传输的控制和地址信号。 2 1 4 传输的四种基本形式 主设备有四种传输数据模式，用h t r a n s 信号来表示。 “o o ”表示i d l e ，为主设备缺省模式，所有的主设备都没有申请总线，总 线默认一个主设备为缺省主设备，这个主设备不做任何操作，只是h t r a n s 上给出i d l e 信息，这时，总线要代从设备给出o k a y 反馈信息。 “0 1 ”表示b u s y ，它有两种作用，一、表示下一个传输数据不能在下一 个周期马上给出，但从设备却可以接受下一个数据，这时主设备自行插入一 个i d l e 周期；二、h r e s p 1 ：0 1 反映为r e t r y ，主设备给出一个b u s y 周期， 放弃当前传输内容并在下一周期重发从设备没有接受到的内容。 “1 0 ”表示n o n s e q ，即当前传输数据地址和前一数据无关。 哈尔浜工业大学工学硕士学位论文 “1 l ”表示s e q ，即当前数据地址有前一个地址加上一个固定的迁移量决 定。 2 1 5 猝发数操作 a m b a 总线上的数据传输完全可以都看作是猝发数的传输，其中单一的 数传输可咀看作传输个数为一的增长型猝发数。 此协议共支持八种猝发数形式，用三位信号h b u r s t 来表示。 “0 0 0 ”为s i n g l e ，表示单个数传输；“0 0 1 ”为i n c r ，表示不定长猝发数； “o l o ”为w r a p 4 ，四比特打包猝发数；“o l l ”为i n c r 4 ，四比特无界猝发数； “1 0 0 ”为w r a p 8 ，八比特打包突发数：“1 0 1 ”为i n c r 8 ，为八比特无界突发 数；“1 1 0 ”为w r a p l 6 ，十六比特打包突发数；“1 1 1 ”为i n c r l 6 ，十六比特 无界突发数。 2 1 6 仲裁机制 个总线上可以连接两个或两个以上的主设备，当多个主设备都想用总 线进行传输时就需要总线仲裁器决定把使用权给具体的哪一个。跟仲裁相关 的信号分别是：h b u s r e q x ，h l o c k x ，h g r a n t x 。 h b u s r e q x 是主设备发出的总线申请信号，当上一个猝发数传输到最 后第二个数据时，总线重新仲裁，同意某一个主设各对，在下个时钟周期 给出相应的h g r a n t x 信号为高电平。这个时钟周期正好对应上一个主设备 猝发数的最后一个传输( 指的是地址，控制信号传输周期) 。对应主设备在 下一个时钟看到h g r a n t x 信号，马上给出操作的控制信号和地址。采纳这 种传输协议，总线没有浪费任何周期，从而十分有效的提高了传输效率。当 然，这种猝发数首尾相接传输不是在任何情况下都可以操作的，这种十分高 效的传输只能存在于上一个传输的猝发数是一个定长非一的猝发数的情况 下。当上一个猝发数为i n c r ，因为传输长度的不可预测性，要损失一个周 期进行总线的交接。当上一个猝发数为s i n g l e 时，因为单一数没有后数第 二个数据，所以总线交接也会损失一个周期。另外，在锁定传输的结尾，协 议也提倡加入一个空周期。 仲裁机制中有一项重要的内容是选择何种优先机制算法。优先机制算法 解决冲突发生时，使用权给哪一个主设备的问题。关于优先级算法，可以根 据实际情况选取，本文选中固定优先级算法。 - 8 一 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2 2o c p 协议 o c p 定义了一种高速，不依赖于具体总线的i p 界面。这种界面减少了 复用设计的周期，工作量和设计风险。 所有的i p 不是一个外围设备，就是一个片上微处理器，要么就是一个片 上通信辅助系统，例如打包的片上总线。o c p 可以使i p 不依赖于特定的体 系结构，特定的应用范围，从而简单的达到i p 的即插即用。 o c p 相似于v c i ，但是v c l 只支持核间的数据流传输，而o c p 在支持 此项功能的基础上，还支持边带控制信号和测试信号。 2 2 1o c p 概述 o c p 界面是有类型之分的，它分为三个类型：主设备型、从设备型，和 主从混合型。给出控制信号的为主设备型，给出反馈信号的是从设备型，既 给出控制信号又可以给出反馈信号的是主从混合型。在后面的信号名称中， 在主设备型o c p 界面的信号前加“m ”前缀，在从设备型o c p 界面的信号前 加“s ”前缀，在主从混合型的界面，看信号是否归属于发起还是接收机制，从 而决定加什么前缀。 所有的o c p 信号分成三组：数据流信号、边带信号、测试信号。数据流 信号又可以分成四组：基本信号、简单扩展、猝发数扩展、风险扩展。只有 数据流信号中的基本信号的- 4 , 部分是必需的，其它都是根据实际情况作为 可选项。 所有的这些信号都是同步的，在一个时钟的上升沿触发。并且，信号之 间的通信遵从点点通信模式。 2 1 2 2 基本信号 基本信号的名称、位宽、发起者、功能，简介如下： 表2 - 1o c p 基本信号表 t a b l e2 - lb a s i cs i g n a l so fo c p n a m ew i d t h d r i v e rf u n c t i o n c l k1 v a t l e so c pc l o c k 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 m a d d r c o n f i g u r a b l e m a s t e rt r a n s f e ra d d r e s s m c m d 3m a s t e rt r a r l s f e rc o m m a n d m d a t a c o n f i g u r a b l e m a s t e rw r i t ed a t a m d a t a v a l l dlm a s t e rw r i t ed a t av a l i d m r e s p a c c e p t 1m a s t e rm a s t e ra c c e p t sr e s p o n s e s c m d a c c e p t 1s l a v es l a v ea c c e p t st r a n s f e r s d a t a c o n f i g u r a b l e s l a v er e a dd a t a s d a t a a c c e p t ls l a v es l a v ea c c e p t sw r i t ed a t a s r e s p 2s l a v et r a n s f e rr e s p o n s e 其中c l k 信号和m c m d 是必须信号，其他的是可选信号。 这些信号中，其中的e l k 、m c m d 、m d a t a 、s d a t a 、s c m d a c c e p t 、s r e s p 和a h b 总线在传输的信息上有一定的相关性。 c l k 是o c p 的时钟，所有的接口都用统一的时钟。 m c m d 是一个三位的信号，它的每一个具体值的意义如下： 表2 - 2m c m d 信号含义表 t a b l e2 2i n l l u m i n a t i o no f m c m d m c m d 2 ：0 】 c o m m a n dm n e m o n i e r e q u e s tt y p e 0 0 0l d l ei d l e ( n o n e ) 0 0 lw r i t ew r w r i t e 0 l or c a dr d r e a d 0 l lr e a d e xr d e xr e a d 1 0 0r e a d l i n k e dr d lr e a d 1 0 1w r i t e n o n p o s tw l pw r l t e 1 1 0w r i t e c o n d i t i o n a lw r cw r l t e 啥尔滨工业大学工学硕士学位论文 m d a t a 、s d a t a 分别表示写数据和读数据，在本文的设计中都配置成3 2 位。s c m d a e c e p t 表示从设备( 从设备型o c p ) 是否接收传输成功。 s r e s p 从设备向主设备的反馈信息，两位位宽，各个数值意义如下： 表2 - 3a r e s p 信号含义表 t a b l e2 - 3l n l l u m i n a t i o no f a r e s p s r e s p 1 ：0 】r e s p o n s e m n e m o n i c 0 0n o r e s p o n s e n u l l 0 1d a t a v a l i d a c c e p t d v a 1 0 r e q u e s tf a i l e d f a i l l l r e s p o n s ee l f o r e r r 2 2 3 简单扩展信号 简单扩展信号的名称、位宽、发起者、功能的简介如下： 表2 - 4 简单扩展信号表 t a b l e2 - 4s i m p l ee x t e n d e ds i g n a l s n a l n ew i d t l ld r i v e rf u n c t i o n m a d d r s p a c ec o n f i g u r a b l e m a s t e l a d d r e s ss p a c e m b y t e e nc o n f i g n r a b l e m a s t e r r e q u e s tp h a s eb y t ee n a b l e s m d a t a b y t e e ne o n f i g u m b l e m a s t e rd a t a h a n d s h a k e p h a s e w r i t e b y t e e n a b l e s m d a t a l n f o c o n f i g u r a b l e m a s t e ra d d i t i o n a li n f o r m a t i o nt r a n s f e r r e d w i t ht h ew r i t ed a t a m r e c l l n f o c o n f i g u m b l e m a s t e ra d d i t i o n a li n f o r m a t i o nt r a n s f e r r e d 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 w i t ht h er e q u e s t s d a t a l n f o c o n f i g u r a b l e s l a v ea d d i t i o n a l n f o r m a t i o nt r a n s f e r r e d w i t ht h er e a dd a t a s r e s p l n f oc o n f i g u r a b l e s l a v ea d d i t i o n a li n f o r m a t i o nt r a n s f e r r e d w i t ht h er e s p o n s e 其中和a h b 信号信息量相关的信号是m r e q l n f o 、s r e s p l n f o 。 m r e q l n f o 是申请信号的附加信息。 s r e s p l n f o 是反馈信号的附加信息。 2 2 4 猝发数扩展信号 猝发数扩展信号的名称、位宽、发起者、功能，简介如下： 表2 - 5 猝发数扩展信号表 t a b l e2 - 5e x t e n d e ds i g n a l so fb u r s t n a l n ew i d t hd r i v e rf u n c t i o n m a t o m i c l e n g t hc o n f i g u r a b l e m a s t e rm a s t e rl e n g t ho fa t o m i cb u r s t m b u r s t l e n g t hc o n f i g u r a b l e m a s t e rm a s t e rb u r s t l e n g t h m b u r s t p r e e i s elm a s t e rg i v e nb u r s tl e n g t hi sp r e c i s e m b u r s t s e q 3m a s t e ra d d r e s ss e q u e n c eo fb u r s t m b u r s t s i n g i e r e q lm a s t e rb u r s tu s e s s i n g l er e q u e s t m u l t i p l ed a t ap r o t o c o l m d a t a l a s t1m a s t e rl a s tw r i t ed a t ai nb u r s t m r e q l a s t 1m a s t e rl a s tr e q u e s ti nb u r s t s r e s o l a s t 1s l a v el a s tr e s p o n s ei nb u r s t 其中和a h b 信号信息相关的信号是m a t o m i c l e n g t h 、m b u r s t l e n g t h 、 m b u r s t s e q 、m b u r s t p r e c i s e 、m r e q l a s t 、s r e s p l a s t 。 哈尔滨工业大学工学硕上学位论文 i i i i ii m a t o r n i c l e n g t h 表示主设各自动猝发数长度。 m b u r s t l e n g t h 表示精确猝发数的个数。 m b u r s t s e q 表示猝发数地址组织形式。信号的每一个值的对应意义如下： 表2 - 6 猝发数地址组织形式表 t a b l e2 6a d d r e s s sf o r mo fb u r s t m b u r s t s e q 2 ：0 】 b u r s ts e q u e n c em n e m o n i c 0 0 0 i n c r e m e n t i n g l n c r 0 0 1 c u s t o m ( p a c k e d ) d f l t l 0 1 0 w r a p p i n g w r a p 0 l l c u s t o m ( n o tp a c k e d ) d f l t 2 1 0 0e x c l u s i v eo rx o r 1 0 1 s t r e a m i n g s t r m 1 1 0u n k n o w nu n k n 1 1 1r e s e r v e d m b u r s t p r e c i s e 表示在猝发数开始时是否就已知猝发数的长度。 m r e q l a s t 表示在猝发数传输过程中持续申请总线。 s r e s p l a s t 表示在猝发数传输过程中持续反馈信号。 2 3 本章小结 本章从基础原理角度概述了a h b 协议和o c p 协议的内容。这两个协议 是贯穿本论文的设计指南。 在对a h b 的阐述中，先给出了a h b 总线在系统中的位置和基本的通信 原理。然后阐述了基本传输，传输的四种形式以及猝发传输；接着重点描述 了a h b 内部的仲裁机制。 在对o c p 的阐述中，主要对与a h b 相关的信号进行了阐述。o c p 与 a h b 的接口电路的主要功能其实就是完成两组不同信号之间的转换。这些信 号包括基本信号、简单扩展信号和猝发数扩展信号。 3 1 引言 第3 章a h b 的r t l 设计 该设计在硬件功能方面支持a m b a t ms p e c i f i c a t i o n ( v 2 o ) 所描述的所有 功能。初始配置情况是支持四个主设备和四个从设备，根据具体的应用情况 更改配置，可以同时支持1 6 个及1 6 个以内的主设备和从设备。在体系结构 及具体电路设计方面，参考a h be x a m p l ea m b a s y s t e m - t e c h n i c a lr e f e r e n c e m a n u a l 的基础上，进行改进设计。 3 2a h b 总线体系结构划分 3 2 1 硬件接口 3 2 ，1 1 端口声明如图2 1 所示，这是一个支持4 个m a s t e r ( 主设备) 和4 个s l a v e ( 从设备) 的a h b 总线，左侧四个端口集分别和四个m a s t e r 相连， 右侧第一个端口集的每一个端口分别引4 条线接4 个s l a v e ，右侧下面的其他 4 个端口集分别接4 个s l a v e 。同一侧的每一个端口集除了最后的尾标不同外， 意义是完全相同的，如h t r a n s - l 和h t r a n s2 意义相同。两侧不同尾标或没有 尾标的相同字母表示的信号，意义也是完全相同的，如h t r a n s1 和h t r a n s 意 义是一样的；h r e a d y 和1 及 等也是一样的。_ m 1h r e a d yh r e a d y _ 2 谁二丁 墓l|：-i i 图3 - 1a h b 总线接口 f i g 3 - 1t h ei n t e r f a c eo f a h b 3 2 i 2 端口描述下面是对管脚的具体描述，考虑到相同字母名称的管脚的 - 1 5 一 陲博飞嚏丧一憾一 星里e 螂 飞盥 飞幢一 引引引_ - 1 ti割!一t割籼 啥尔滨工业大学工学硕士学位论文 意义是致的，所以下表中只列了不同意义的管脚描述。如h t r a n s ，它既表 示h t r a n s 信号，也表示h t r a n s 一1 、h t r a n s _ 2 、h t r a n s 一3 、h t r a n s 一4 。 表3 - 1 端口描述 t a b l e3 - 1d e s c r i p t i o no fi n t e r f a c e p i nd e s c r i p t i o n h g r a n t这个信号表示了该主设备是当前优先级最高的主设备。当h r e a d y 为高电平，传输结束时，地址和控制信号对总线的所有权变化，即： 该主设备在h r e a d y ，h g r a n t 都是高电平时，开始访问总线 h r e a d y 为高电平时表示总线上的一个传输结束了。h r e a d y 为低电平时a 可以扩展一个传输周期 h r e s p 1 ：0 】h r e s p 1 ：0 1 针对于传输状态反馈更多的信息，共有四种状态： o k a y ，e r r o r ，r e t r y 。s p l i t h r e s e t 同步复位信号，低电平有效 h c l k时钟 h r d a t e 3 1 ：0 】读数据端口，从从设备读入主设备 h b u s e r e q x l向总线提出申请，传输为定长突发数时，高电平持续到第一个突 发数一个周期，传输为不定长突发数时，要保持申请状态 h l o c k x锁定总线 h t r a n s 1 ：0 】主设备有四种传输数据模式。“o o ”表示i d l e ，为主设备缺省模式 这个b u s 默认该主设备为缺省主设备，主设备不做任何操作，从设 备要给出o k a y 反馈信息。“0 1 ”表示b u s y ，它有两种作用，第一。 表示下一个传输数据不能在下一个周期马上给出，但从设备却可以 接受下一个数据，这时主设备自行插入一个i d l e 周期：第二， h r e s p 1 ：0 】反映为r e t r y ，主设备给出一个b u s y 周期。放弃当前 传输内容，并在下一周期重发从设备没有接受到的内容。“l o ”表示 n o n s e q ，即当前传输数据地址和前数据无关。“1