总线- SoC 内部的主干道

总线—— SoC 内部的主干道

开坑!从今天开始来聊一点数字 IC 的一些知识!首先来看一看总线
平日里我们都在讲总线总线,连接各模块的公共线,那它在 ARM 芯片中起到了啥木作用,来胡乱绉一通。

总线的功能

总线通俗得理解可以完成以下功能:

  • 提供时钟
  • 分配(管理)地址
  • 响应中断
  • 传输数据
  • 传送控制信号

USB 总线

以平日里最常见的 USB 为例,USB 其实也是一种总线如下图所示,通常我们计算机连接到 USB 后,USB 提供的总线可以拓展连接到我们的外设,例如 U 盘、键盘、鼠标等……但是设备本身不会与 CPU 进行通信,它们只与 USB HOST 进行通信,USB HOST 会给它们分配相应的中断。一旦 USB 设备插入 USB 接口引起物理上的电平变化便会有中断,此刻的中断并非 CPU 的中断,此时的中断是 USB HOST 的中断,此中断经一定的处理后发送至 CPU 后,CPU监测到是 USB HOST 中断,便将中断交付 USB HOST 进行处理。再来看地址的问题,CPU 是无法直接访问到你的设备的,红色方框内可以看做是一个“家族”,CPU 只能访问到其“家长” USB HOST,USB HOST 访问具体设备才用到地址访问。例如此时 U 盘的地址是 0x0007H,若此地址直接由 CPU 访问的话 CPU 最终只会访问到内存的 0x0007H,而非我们的 U 盘,因此将此地址交付 USB HOST 进行访问才能实现。这里就能看出不仅仅内存有地址,引入总线后,各个外设也有了对应的地址。

usb

AMBA 总线

回到 ARM 上来,ARM 的总线遵循 AMBA(ARM 爸——安谋爸爸)的总线规范,ARM 为了让大家能尽可能地接外设变作了个 AMBA 总线规范,通常 AMBA 规范下常见的总线分别是 AHB(高速总线),APB(外设总线),ASB(AHB 备胎)如图所示。

amba

我们可以把 APB 总线当做乡村公路,AHB 总线当做一条省道,把这两条路连接起来的“十字路”可以叫做“Bus bridges”。AHB 上的设备通常速度较快例如:内存控制器,NAND Flash …… APB 就较慢,例如 UART,GPIO ……最直观的 UART 通常我们最快设置的波特率大概就 115200,还不到 M 级,因此就放在乡村公路跑就可以了。那么不同的路就要跑不同的频率,那么通常设计的外设的 controller 时,其控制时钟就由总线提供,以保证操作的同步性,那么在 IP 中我们就可以看到有叫做 HCLK(AHB)的信号和 PCLK(APB)的信号。我们还可以看到在 M3 和总线之间还有一个模块叫做 BusMatrix,其主要负责多主设备和多从设备的交互和仲裁,目的是为了提高不同主机访问不同外设情况下的带宽,另外一个就是简化 Bus Master 的协议设计(今后有机会进去分析)。

FCLK、HCLK、PCLK

我们都知道的是芯片内部的“心跳”是由外部晶振给的,外部晶振通常就十几二十兆,但芯片内部动辄七八十兆甚至上 G,那这里就离不开一个叫 CLKCNTL 的东西,它负责提各个部分的“心跳”。刚才我们也说到 APB 和 AHB 是不同速度的公路,因此它们的工作频率是不同的(实际上可以相同的,但其分类的意义就不大了),而 CPU 本身的工作频率也是不同的。如图所示,给 ARM 用的是 FCLK(全局时钟), 你可以将 PLL 出来的 70MHz 频率分频多少给 FCLK,将 70MHz 频率分频多少给 HCLK,PCLK 这就是 CLKCNTL 做的事,CLKCNTL 分配出来的 FCLK,HCLK,PCLK 三者成一定的倍数关系。

具体到 AHB,APB 总线协议和使用应用,今后我们将会逐一胡扯乱绉。技术不到家全靠虾扯蛋,错误应该是满天飞,望各位大神指正。先挖个坑,下次更 AHB 总线下 SRAM 的控制器设计。

By Ricky

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