Soc的片上总线技术

SOC 片上总线概述 SoC 的片上总线技术 SoC (System - on - Chip)设计技术始于 20 世纪 90 年代中期,随 着半导体工艺技术的发展,IC 设计者能够将愈来愈复杂的功能集 成到单硅片上, SoC 正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大 方向下产生的。SoC 的最大好处之一就是可以通过预先设计好的， 称为“IP 核”的功能模块来节省设计成本，整个过程就像利用面 向对象的编程语言开发程序一样，可以大量的实现复用，简化了 开发过程提高了工作效率。可以明显的看出 IP 核作为 SoC 的设 计核心，其本质特征就是重用。既然存在可重用性那么也带来了 另一个问题，就是怎样有效地将这些 IP 核集成到一个系统中，或 者更确切的说也就是确定 IP 核之间的通信机制。 随着以 IP 核为基础的复用技术的发展，工业界核研究组织纷 纷积极从事相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 方案的制定工作，从目前的研究和发展看， 影响力较大的一共有三种方案，分别是 IBM 公司的 CoreConnect、 ARM 公司的 AMBA 和 Silicore Corp 公司的 Wishbone。下面对三种 总线标准进行一些详细的介绍。 CoreConnect 总线标准是由 IBM 公司提出的，因其在性能和 效率方面的突出优势而成为行业内的标准总线之一。CoreConnect 拥有一套完整的技术文档，在技术上可行性较强。同时 IBM 韩提 供三种基本类型连接功能块：处理器内部总线 PLB、片上外围总 线 OPB 和设备控制总线 DCR。CoreConnect 总线的逻辑结构如图 SOC 片上总线概述 1 所示，它清楚地定义了所有的系统构成部件以及它们是如何连 接的。下面分别具体介绍 PLB、DCR 和 OPB 的主要技术特征。 PLB 标准是为总线传输的主要发出者和接受者之间提供高带 宽、低延迟的连接。其主要特征为： ●高性能处理器内部总线； ● 交叠的读和写功能（最快每周期两次传输）； ● 支持分段传输； ● 地址流水（减少延迟）； ● 读和写分开； ● 32～64 位数据总线； ● 32 位地址空间； ● 支持 16～64 字节突发传输模式； ● 支持字节使能（非对准和 3 字节传输）； ● 支持仲裁、REQ、GNT 和 LOCK； ● 延迟和隐藏仲裁（减少延迟）； SOC 片上总线概述 ● 4 级仲裁优先权； ● 特殊 DMA（Direct Memory Access）模式，如快速的从内 存到内存； ● 地址和数据状态扼制（Address and data phase throttling）； ● 延迟计数器（保证保持延迟到预想的程度）。 OPB 标准为连接具有不同的总线宽度及时序要求的外设和 内存提供了一条途径，并尽量减小对 PLB 性能的影响。其主要特 性如下： ● 片上外围总线； ● 多个主设备； ● 32 位地址空间； ● 读和写数据总线分开； ● 8～32 位数据总线； ● 动态总线宽度； ● 支持重试模式（如果主设备要求的从设备忙，主设备隔一 段时间再次请求）； ● 支持突发（burst）传输模式； ● 支持 DMA； ● 设备可以是内存映射（支持 DMA）； ● 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 总线超时功能（在仲裁器中）； ● 支持仲裁、REQ、GNT 和 LOCK。 DCR 是用来规范 CPU 通用寄存器设备，控制寄存器之间传 SOC 片上总线概述 输数据。DCR 总线在内存地址映射中取消了配置寄存器，减少取 操作，增加处理器内部总线的带宽。其主要特征如下： ● 10 位地址总线； ● 32 位数据总线； ● 同步和异步的传输； ● 分布式结构。 CoreConnect 的优点是 CoreConnect 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 规范采用多级总线方 式，将慢速设备与高速设备分离，避免形成瓶颈。同时只要得到 IBM 公司的授权即可免费使用，IBM 公司提供完整的测试开发包， 以支持快速开发和验证。CoreConnect 的缺点就是本身的复杂性， 相对于简单的嵌入式应用，主要关注的不是性能，CoreConnect 提供的很多特性根本无法用到，反而成为系统的负担。 AMBA 总线规范是 ARM 公司设计的一种应用于嵌入式的系 统的总线标准，他独立于处理器和制造工艺技术，增强了各种应 用中的外设和系统红单元的可重用性。AMBA 总线规范是一个标 准的开放协议，可以直接免费从 ARM 公司获取。AMBA 总线规 范定义了三种可以组合使用的不同类型总线分别是：AHB、ASB 和 APB。 SOC 片上总线概述 AHB 适用于高性能和高时钟频率的系统模块。他作为高性能 系统的骨干总线，主要用于连接高性能的高吞吐率的设备之间连 接，如 CPU、派上存储器、DMA 设备和 DSP 或其他协处理器等 等。其主要特性如下： ● 支持多个总线主设备控制器； ● 支持猝发、分裂、流水等数据传输方式； ● 单周期总线主设备控制权转换； ● 32~128 位数据总线宽度； ● 具有访问保护机制，以区分特权模式和非特权模式访问， 指令和数据读取等； ● 数据促发传输最大为 16 段； ● 地址空间 32 位； ● 支持字节、半字和字传输。 ASB 适用于高性能的系统模块。再不必要使用 AHB 的告诉特性的 场合，可选择 ASB 作为系统总线，他同样支持处理器、片上存储器 和片外存储器接口与低功耗外部宏单元之间的连接。其主要特征与 SOC 片上总线概述 AHB 类似，主要不同点是它 数据宽度要小一些,它支持的典型数据宽 度为 8 位、16 位、32 位。它的主要特征如下 ： ● 数据突发传送； ● 多总线主设备； ● 内部有三态实现。 APB 是本地二级总线通过桥和 AHB/ASB 相连。它主要是为了满 足不需要高性能流水线接口或不需要高带宽接口的设备的互连。APB 的总线信号经改进后全和时钟上升沿相关,这种改进的主要优点如 下： ● 更易达到高频率的操作； ● 性能和时钟的占空比无关； ● STA 单时钟沿简化了； ● 无需对自动插入测试链作特别考虑； ● 更易与基于周期的仿真器集成。 AMBA 总线规范的优点是拥有众多第三方支持者，此规范被 ARM 公司 90%以上的合作伙伴采用，已成为嵌入式技术中广泛支持 的现有互连标准之一。 AMBA 的缺点：目前还没有明确的办法将设备与 AHB 和 ASP 总 线集成，APB 桥似乎不但不会提供任何好处，反而会限制连接在上面 的高性能总线。 SOC 片上总线概述 Wishbone 总线是 Silicore 公司推出的片上总线协议。它结构简单 、 灵活，同时他又是开源的，完全公开、完全免费！因此获得了众多的 支持者。图 3 是 Wishbone 的总线的逻辑结构图： Wishbone 总线规范的主要特征如下： ● 所有应用使用一个总线体系结构； ● 简单、紧凑的体系结构； ● 支持多控制器； ● 64 位地址空间； ● 8～64 位数据总线（可扩展）； ● 单周期读和写； ● RMW（READ-MODIFY-WRITE）周期； ● 事件周期； ● 支持重试； ● 支持内存映射，FIFO（FISRT IN FIRST OUT）和十字互连接 口； ● 提供为较慢设备使用而扼制数据流的机制； ● 使用者定义标志为，确定数据传输类型； SOC 片上总线概述 ● 由终端用户定义仲裁方式。 Wishbone 总线规范采用握手协议，这种机制下 MASTER 和 SLAVE 均可控制数据传输速率。Wishbone 总线有四种将 MASTER 和 SLAVE 连接在一起的方式，分别为点对点、数据流、共享总线和十字互联。 Wishbone 之定义了一种高速总线，在需要高低速总线混合使用时， 规范提供了两种接口，这样大大的简化了设计。 上述三种总线凭借其强大的优势占据了大部分的 SoC 总线市场， 他们的优势都非常明显，但同样也都存在着缺点。三种总线技术中的 Wishbone 总线技术以其简单、灵活、完全公开、完全免费和易于推 广的优点已被 OpenCore 联盟采用，并且有可能称为 IEEE 标准，所 以我认为他极有可能成为未来 SoC 片上总线的通用标准，当然，一个 规范能否成为行业标准，除了本身的技术特性外，业界是否接受、是 否得到制造商的支持也都是非常重要的因素，因此，最后谁真正成为 片上总线的通用标准，还需要时间来验证。