【AMBA】APB总线的个人学习记录（一）：理论知识

精通APB (Advanced Peripheral Bus) 总线设计通常意味着你不仅理解其基础概念，而且能够在实际的硬件设计中灵活运用APB总线，解决复杂问题，并优化设计。以下是一些关键点，当你掌握这些方面时，可以说你对APB总线设计有了深入的理解：

理论知识：
- 理解APB总线的基本原理和架构。
- 熟悉APB总线的信号定义，包括地址、数据、控制和握手信号。
- 了解APB总线的时序要求和协议规范。
设计能力：
- 能够设计APB主控器（通常是APB桥接器）和APB从设备。
- 熟练使用Verilog、VHDL或其他硬件描述语言实现APB接口。
- 能够集成APB总线到系统级芯片（SoC）设计中。
验证技能：
- 掌握APB总线的验证方法，能够创建测试用例并执行功能验证。
- 使用形式验证或模拟来确保APB接口的正确性。
调试技巧：
- 能够使用逻辑分析仪或波形查看器调试APB总线上的问题。
- 理解如何定位和解决时序和数据完整性问题。
优化与分析：
- 理解APB总线的性能瓶颈，并知道如何优化设计以提高效率。
- 能够进行功耗分析，确保设计符合低功耗目标。
标准与兼容性：
- 理解APB总线与其他AMBA总线（如AHB、AXI）的交互。
- 确保设计遵循ARM AMBA APB规范。
实践经验：
- 拥有多个成功的APB总线设计和集成经验。
- 能够处理跨芯片设计的复杂性。
持续学习：
- 关注APB总线和AMBA架构的发展趋势，保持更新知识。

精通任何技术都需要时间和实践，对于APB总线设计而言，这同样适用。你需要通过阅读官方文档、参考设计、参与项目和不断实践来积累经验。同时，加入相关的技术论坛和社区，与同行交流，也是提高技能的好方法。

总线会有按照协议规定的一组信号，除此之外，总线所连接的从设备也会有独立的时钟与复位信号，不会和总线用相同的时钟，所以两者之间传输的数据和信号会要做跨时钟处理。

基本原理

高级外设总线（APB:Advanced Peripheral Bus）是高级微控制器总线体系结构（AMBA:Advanced Microcontroller Bus Architecture）协议系列的一部分。它定义了一个低成本的接口，优化了最小的功耗和降低的接口复杂性。

APB是非流水结构，所以它主要用在不需要用到高性能总线（AXI）的低带宽外围设备上。

特点：

成本低
功耗小
接口简单
非流水结构

常见用法：使用APB总线来访问外围设备的可编程控制寄存器。

架构

Alt

信号定义

信号	方向 (对主设备)	源	位宽	信号描述
PCLK	输入	系统时钟源	1bit	时钟信号，APB协议中所有信号只和时钟上升沿有关（同步APB总线上的所有操作）
PRESETn	输入	系统复位	1bit	复位信号，低电平有效
PADDR	输出	APB桥	32bit	地址总线，指示要访问的寄存器地址
PWRITE	输出	APB桥	1bit	方向信号，指示当前传输的是读操作还是写操作高电平写，低电平读
PSEL	输出	APB桥	根据系统需求	片选信号，指示选择的从设备每个从设备都有一个对应的PSEL信号
PENABLE	输出	APB桥	1bit	使能信号，在传输的第二个和后续时钟周期有效，它表明数据传输已经开始，但尚未完成
PWDATA	输出	APB桥	32bit	写数据总线，用于从主设备向从设备传输数据。在写操作期间，数据在PENABLE的上升沿被锁存
PSTRB	输出	APB桥	4bit	字节选通信号，用于指示哪些字节应当被写入。 PSTRB中的一位对应写数据总线中的一个字节
PRDATA	输入	从设备	32bit	读数据总线，用于从设备向主设备传输数据。在读操作期间，数据在PENABLE的上升沿被采样
PREADY	输入	从设备	1bit	准备信号，用于告知主设备从设备是否准备好接收或发送数据。在传输过程中，如果从设备需要更多时间来准备数据，它可以延迟PREADY信号，从而延长传输周期
PPROT	输出	APB桥	3bit	保护类型。指示事务的正常、特权或安全保护级别，以及该事务是数据访问还是指令访问

时序要求

无需等待的写操作

在T0阶段，所有总线处于IDLE状态。
在T1阶段，PADDR、PWRITE、PWDATA和PSEL在时钟的上升沿被寄存，即主设备APB桥把这些数据发送到总线上。此时处在Setup状态。
在T2阶段，PENABLE拉高，指示传输开始，与此同时从设备已经接收到主设备发送过来的地址和写控制命令，知道主设备要准备发数据过来，于是拉高PREADY表示已经做好准备。此时处在Access状态。
T3时刻，PADDR和PWRITE会一直保持有效直到传输结束（T3时刻）。表示传输结束的时钟上升沿到来后，PENABLE和PSEL拉低。

PREADY有效就表示从设备可以在下一个时钟上升沿完成传输。