AHB2APB桥接器设计（2）——同步桥设计的介绍

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一、AHB2APB同步桥的整体介绍

1.1 模块框图

模块框图:

可以分为三个部分来分析整个同步桥的设计:
主要功能将左边AHB的信号转换为APB的信号，同步桥只有一个时钟和复位，信号转换主要由一些组合逻辑来实现
1. 第一部分: 主要有HCLK，HRESETn, PCLKEN, APBACTIVE这些时钟、复位控制信号
2. 第二部分: 主要以H开头的信号，主要是AHB BUS上的信号
3. 第三部分: 主要以P开头的信号，主要是APB BSU上的信号

二、AHB2APB同步桥的信号接口

2.1 系统信号接口

信号	方向	位宽	描述
HCLK	I	1	同步桥AHB和APB的同步时钟
HRESETn	I	1	同步桥AHB和AOB的同步复位
PCLKEN	I	1	PCLK的使能信号
APBACTIVE	O	1	指示APB桥工作信号，可以应用于后级APB BUS上的CLK GATE

2.2 AHB BUS一侧的接口信号（AHB Slave接口信号）

有关AHB的详细协议介绍参考AMBA总线部分，此部分仅介绍模块已有的接口信号

信号	方向	位宽	描述
HSEL	I	1	每个AHB从机的选通信号。每个从机有自己独立的从机选择信号，并用该信号，表示当前传输是都选中该从机，一般是地址信号的译码
HADDR	I	16	AHB 16 bit地址总线
HTRANS	I	2	AHB的传输类型，IDLE, BUSY, NONSEQ, SEQ四种传输类型
HSIZE	I	3	AHB每一个transfer传输数据的大小，以字节为单位
HPROT	I	4	AHB保护控制信号，需要slave带有保护功能，一般不作使用。主要给希望执行保护级别的模块使用
HWRITE	I	1	AHB写信号，高为写，低为读
HWDATA	I	32	AHB写数据
HREADY	I	1	AHB总线从机的输入ready信号
HRDATA	O	32	AHB读数据
HREADYOUT	O	1	AHB桥输出的ready信号，一般与HREADY对应
HRESP	O	1	AHB状态相应信号

2.3 APB BSU一侧的接口信号 （APB Master接口）

信号	方向	位宽	描述
PADDR	O	16	APB地址信号
PENABLE	O	1	APB使能信号
PWRITE	O	1	APB写信号，高为写，低为读
PSTRB	O	4	APB写选通信号，表示哪个字节有效
PPROT	O	3	APB Slave的保护类型。提供保护机制
PWDATA	O	32	APB写数据
PSEL	O	1	APB的设备的选通有效信号
PRDATA	I	32	APB读数据
PREADY	I	1	APB ready信号
PSLVERR	I	1	APB 传输错误信号

2.4 特殊型号说明

2.4.1 APBACTIVE信号：同步桥的工作状态信号

APBACTIVE = 1, 说明此时同步桥处于工作状态，有信号在AHB和APB之间传输
APBACTIVE可以用作APB子系统时钟门控信号，供外设做低功耗处理。

2.4.2 PCLKEN信号：（处理PCLK与HCLK之间的关系，需要控制PCLKEN信号）

如果PCLK = HCLK，则PCLKEN 输入1；如果PCLK = 1/2 HCLK，则PCLKEN = PCLK
如果需要HCLK = N * PCLK，那么PCLKEN 需要在PCLK的上升沿的前一拍置位
在不增加逻辑复杂度的情况下，在一定程度上，增加了总线的灵活性，降低了功耗

2.4.3 AHB中的HREADY信号：

1. 作为AHB的从机，从机必须由一个输入ready和一个输出ready信号
2. HREADY信号： 同步桥的输入信号，外部AHB仲裁器收集各个AHB Slave设备的HREADYout信号，然后做出判断，在送给Slace 端口。表示AHB总线是否READY
3. HREADYout信号：同步桥的输出信号。代表同步桥是否准备好接收或者发送数据。在同步桥的数据转换中，APB读写操作至少需要两个时钟周期，设计时需要让AHB在合适的时候拉低HREADYout信号，添加合适的等待周期，从而实现AHB到APB的数据转换。

2.4.4 AMBA APB 3.0信号

1. PREADY
   APB Slave通过PREADY信号直接来告诉master，Slave的Ready状态。如果PREADY为高，表示可以接收读写操作，如果PREADY为低，表示Master需要等待
2. PSLVERR
   加入Slave反馈给Master Error 反馈功能

2.4.5 AMBA APB 4.0信号

1. PSTRB[3:0]
   在写操作中，用来指示，byte lane （即多bit字节中哪一个字节是有效的）
   在读操作应该改全1，读操作不考虑
2. PPROT[2:0]
   在新版的 APB 4.0协议中，可以采用作为外设访问权限的设置
   1. PPROT[0]：0：正常可以访问；1：私有访问，特权级别
   2. PPROT[1]：0：安全访问；1：非安全访问
   3. PPROT[2]：0：数据；1：指令

三、AHB2APB同步桥的设计参数

定义一些参数，来让代码更加灵活，便于修改

1. ADDRWIDTH：16， 地址空间，对应64 KB的寻址空间
2. REGISTER_WDATA: 1, (主要定义AHB到APB在数据传输是否对寄存器需要处理)
   优点：AHB2APB的同步桥PWDATA会变成寄存器输出，有利于时序优化
   缺点：会增加HWDATA到PWDATA的输出延迟
3. REGISTER_RDATA: 1 (主要定义APB到AHB输出的读数据做寄存器处理)
   优点：AHB2APB的同步桥PRDATA会变成寄存器输出，有利于时序优化
   缺点：会增加PRDATA到HRDATA输出延迟

四、AHB2APB同步桥的时序图

4.1 burst写传输：

AHB这一侧，每个一个时钟周期会受到一个HREADY = 0的信号，等待APB将数据写入

4.2 back-back 传输（写读循环）

不经常出现一个写，接着一个读传输

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