Расширенная архитектура шины микроконтроллера - Википедия - Advanced Microcontroller Bus Architecture

Рука Расширенная архитектура шины микроконтроллера (AMBA) - это открытая стандартная внутренняя спецификация межсоединений для подключения и управления функциональные блоки в система на кристалле (SoC) конструкции. Это облегчает разработку многопроцессорных конструкций с большим количеством контроллеров и компонентов с автобусная архитектура. С момента своего создания AMBA, несмотря на название, вышла далеко за рамки микроконтроллеров. Сегодня AMBA широко используется в ряде ASIC и части SoC, включая процессоры приложений, используемые в современных портативных мобильных устройствах, таких как смартфоны. AMBA - зарегистрированная торговая марка АРМ ООО.[1]

AMBA была представлена ​​ARM в 1996 году. Первыми шинами AMBA были Advanced System Bus (ASB) и Advanced Peripheral Bus (APB). Во второй версии AMBA 2 в 1999 году ARM добавила высокопроизводительную шину AMBA (AHB), которая представляет собой протокол с одним фронтом тактовой частоты. В 2003 году ARM представила третье поколение AMBA 3, включая Advanced eXtensible Interface (AXI) для достижения еще более высокой производительности межсоединения и Advanced Trace Bus (ATB) как часть встроенного решения CoreSight для отладки и трассировки. В 2010 году были представлены спецификации AMBA 4, начиная с AMBA 4 AXI4, затем в 2011 году.[2] расширение общесистемной согласованности с помощью AMBA 4 AXI Coherency Extensions (ACE). В 2013[3] была представлена ​​спецификация AMBA 5 Coherent Hub Interface (CHI) с переработанным высокоскоростным транспортным уровнем и функциями, предназначенными для уменьшения перегрузки.

Эти протоколы сегодня являются стандарт де-факто для архитектур со встроенной процессорной шиной, поскольку они хорошо документированы и могут использоваться без лицензионных отчислений.

Принципы дизайна

Рукопожатие AMBA AXI

Важным аспектом SoC является не только то, какие компоненты или блоки в нем находятся, но и то, как они связаны между собой. AMBA - это решение для взаимодействия блоков друг с другом.

Целью спецификации AMBA является:

  • способствовать правильно-впервые разработка встроенных микроконтроллеров с одним или несколькими CPU, GPU или сигнальными процессорами,
  • быть технологически независимым, чтобы позволить повторное использование IP ядра, периферийные и системные макроячейки в различных процессах IC,
  • поощрять модульную конструкцию системы для повышения независимости процессора и разработку многоразовых периферийных и системных IP-библиотек
  • минимизировать кремниевую инфраструктуру, поддерживая высокую производительность и низкое энергопотребление внутрикристальной коммуникации.

Характеристики протокола AMBA

Спецификация AMBA определяет внутрикристальный коммуникационный стандарт для разработки высокопроизводительных встроенных микроконтроллеров. Поддерживается ARM Limited с широким межотраслевым участием.

В Спецификация AMBA 5 определяет следующие шины / интерфейсы:

  • Спецификация протоколов AXI5, AXI5-Lite и ACE5
  • Усовершенствованная высокопроизводительная шина (AHB5, AHB-Lite)
  • Когерентный интерфейс концентратора (CHI) [3]
  • Распределенный интерфейс перевода (DTI)
  • Универсальная шина Flash (GFB)

В Спецификация AMBA 4 определяет следующие шины / интерфейсы:

  • Расширения когерентности AXI (ACE) - широко используются в последних процессорах ARM Cortex-A, включая Cortex-A7 и Cortex-A15
  • Расширения AXI Coherency Extensions Lite (ACE-Lite)
  • Расширенный расширяемый интерфейс 4 (AXI4)
  • Расширенный расширяемый интерфейс 4 Lite (AXI4-Lite)
  • Расширенный расширяемый интерфейс 4 потока (AXI4-Stream v1.0)
  • Расширенная шина трассировки (ATB v1.1)
  • Расширенная периферийная шина (APB4 v2.0)
  • Интерфейсы с низким энергопотреблением AMBA (Q-канал и P-канал)

Спецификация AMBA 3 определяет четыре шины / интерфейса:

  • Расширенный расширяемый интерфейс (AXI3 или AXI v1.0) - широко используется на процессорах ARM Cortex-A, включая Cortex-A9
  • Advanced High-performance Bus Lite (AHB-Lite v1.0)
  • Расширенная периферийная шина (APB3 v1.0)
  • Расширенная шина трассировки (ATB v1.0)

Спецификация AMBA 2 определяет три шины / интерфейса:

  • Расширенная высокопроизводительная шина (AHB) - широко используется в проектах на базе ARM7, ARM9 и ARM Cortex-M
  • Расширенная системная шина (ASB)
  • Расширенная периферийная шина (APB2 или APB)

Спецификация AMBA (первая версия) определяет две шины / интерфейса:

  • Расширенная системная шина (ASB)
  • Расширенная периферийная шина (APB)

Временные аспекты и Напряжение уровни в автобусе не продиктованы спецификациями.

Расширения когерентности AXI (ACE и ACE-Lite)

ТУЗ, определенная как часть спецификации AMBA 4, расширяет AXI с помощью дополнительной сигнализации, вводя общесистемную согласованность.[4] Эта системная согласованность позволяет нескольким процессорам совместно использовать память и позволяет использовать такие технологии, как ARM. большой маленький обработка. В ACE-Lite Протокол обеспечивает одностороннюю согласованность операций ввода-вывода, например сетевой интерфейс, который может считывать данные из кэшей полностью согласованного процессора ACE.

Расширенный расширяемый интерфейс (AXI)

Основная статья: Расширенный расширяемый интерфейс

AXI, третье поколение интерфейса AMBA, определенное в спецификации AMBA 3, предназначено для высокопроизводительных систем с высокой тактовой частотой и включает функции, которые делают его подходящим для высокоскоростного субмикрометрового межсоединения:

  • отдельные фазы адреса / управления и данных
  • поддержка передачи невыровненных данных с использованием байтовых стробов
  • пакетные транзакции с выданным только начальным адресом
  • выдача нескольких невыполненных адресов с неупорядоченными ответами
  • простое добавление этапов реестра для обеспечения закрытия по времени.

Усовершенствованная высокопроизводительная шина (AHB)

AHB это протокол шины, представленный в Advanced Microcontroller Bus Architecture версии 2, опубликованной АРМ ООО Компания.

В дополнение к предыдущему выпуску он имеет следующие функции:

  • большая ширина шины (64/128/256/512/1024 бит).

Простая транзакция на AHB состоит из фазы адресации и последующей фазы данных (без состояний ожидания: только два цикла шины). Доступ к целевому устройству контролируется через MUX (без трех состояний), тем самым разрешая доступ к шине только одному мастеру шины за раз.

AHB-Lite является подмножеством AHB, формально определенным в стандарте AMBA 3. Это подмножество упрощает конструкцию шины с одним мастером.

Расширенная периферийная шина (APB)

APB разработан для управления доступом с низкой пропускной способностью, например, для регистрации интерфейсов на периферийных устройствах системы. Эта шина имеет адрес и фазу данных, аналогичные AHB, но значительно сокращенный список сигналов низкой сложности (например, без пакетов). Кроме того, это интерфейс, разработанный для низкочастотной системы с малой разрядностью (32 бита).

Продукция AMBA

Семейство синтезируемой интеллектуальной собственности (IP ) ядра Продукты AMBA лицензируется от ARM Limited которые реализуют цифровую шину в SoC для эффективного перемещения и хранения данных с использованием спецификаций протокола AMBA. Семейство AMBA включает сетевое соединение AMBA (CoreLink NIC-400), Cache Coherent Interconnect (CoreLink CCI-500), SDRAM контроллеры памяти (CoreLink DMC-400), DMA контроллеры (CoreLink DMA-230, DMA-330), контроллеры кэш-памяти 2 уровня (L2C-310) и т. д.

Ряд производителей используют шины AMBA для конструкций, не относящихся к ARM. В качестве примера Infineon использует шину AMBA для SoC ADM5120 на основе Архитектура MIPS.

Конкуренты

  • Wishbone из OpenCores - Свободная и открытая автобусная архитектура (ранее от Silicore)
  • CoreConnect автобусная техника от IBM, используется во встроенных PowerPC, но и во многих других SoC -подобные системы с Xilinx MicroBlaze или аналогичные ядра
  • IPBus от IDT
  • Авалон - фирменная автобусная система от Альтера для использования в их Ниос II SoC[5]
  • Открытый основной протокол (OCP) из Accellera
  • Гипертранспорт (HT) из AMD (хотя это интерфейс вне микросхемы, а не на шине микросхемы)
  • QuickPath Interconnect (QPI) пользователя Intel (хотя это интерфейс вне микросхемы, а не на шине микросхемы)
  • виртуальный ресурс от PICC - бесплатно и с открытым исходным кодом
  • TileLink - Бесплатная и открытая автобусная архитектура от CHIPS Alliance[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лицензия на товарный знак AMBA, http://arm.com/about/trademarks/arm-trademark-list/AMBA-trademark.php
  2. ^ Новая спецификация AMBA 4 оптимизирует когерентность для гетерогенных многоядерных SoC, https://www.arm.com/new-amba-4-specification-optimizes-coherency-for-heterogen-multicore-socs.php
  3. ^ а б ARM объявляет о спецификации AMBA 5 CHI для обеспечения высокопроизводительной и масштабируемой системы на кристалле, http://www.arm.com/about/newsroom/arm-announces-amba-5-chi-specification-to-enable-high-performance-highly-scalable-system-on-chip.php
  4. ^ Kriouile, A., & Serwe, W. (2013). Формальный анализ спецификации ACE для кэш-когерентных систем на кристалле. В формальных методах для промышленных критических систем (стр. 108-122). Springer Berlin Heidelberg., ISBN  978-3-642-41010-9
  5. ^ Авалон
  6. ^ «Чипс Альянс». Chips Alliance. Получено 2020-06-21.

внешняя ссылка