Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Усовершенствованная архитектура шины микроконтроллера ARM ( AMBA ) - это внутренняя спецификация межсоединений с открытым стандартом для подключения и управления функциональными блоками в проектах системы на кристалле (SoC). Это облегчает разработку многопроцессорных конструкций с большим количеством контроллеров и компонентов с шинной архитектурой . С момента своего создания AMBA, несмотря на название, вышла далеко за рамки микроконтроллерных устройств. Сегодня AMBA широко используется в ряде частей ASIC и SoC, включая процессоры приложений, используемых в современных портативных мобильных устройствах, таких как смартфоны . AMBA является зарегистрированным товарным знаком компании ARM Ltd .[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 межсоединений 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, а затем в 2011 году [2], расширяющие общесистемную согласованность с помощью AMBA 4 AXI Coherency Extensions (ACE). В 2013 году [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 стандартом де-факто для архитектур со встроенными процессорами, поскольку они хорошо документированы и могут использоваться без лицензионных отчислений.

Принципы дизайна [ править ]

Рукопожатие AMBA AXI

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

Целью спецификации AMBA является:

  • облегчить с первого раза разработку встраиваемых микроконтроллеров с одним или несколькими процессорами, графическими процессорами или сигнальными процессорами,
  • быть технологически независимым, чтобы позволить повторное использование IP-ядер , периферийных и системных макроячеек в различных процессах IC,
  • поощрять модульную конструкцию системы для повышения независимости процессора, а также разработку многоразовых периферийных и системных IP-библиотек.
  • минимизировать кремниевую инфраструктуру, поддерживая высокую производительность и низкое энергопотребление внутрикристальной коммуникации.

Спецификации протокола AMBA [ править ]

Спецификация AMBA определяет внутрикристальный коммуникационный стандарт для разработки высокопроизводительных встроенных микроконтроллеров. Он поддерживается ARM Limited с широким участием представителей разных отраслей.

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 флэш-памяти (GFB)

Спецификация AMBA 4 определяет следующие шины / интерфейсы:

  • Расширения когерентности AXI (ACE) - широко используются в новейших 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
  • Расширенная высокопроизводительная шина 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)

Аспекты синхронизации и уровни напряжения на шине не определяются спецификациями.

Расширения когерентности AXI (ACE и ACE-Lite) [ править ]

ACE , определенный как часть спецификации AMBA 4, расширяет AXI дополнительной сигнализацией, вводя общесистемную согласованность. [4] Эта системная согласованность позволяет нескольким процессорам совместно использовать память и использовать такие технологии, как обработка big.LITTLE в ARM . Протокол ACE-Lite обеспечивает одностороннюю согласованность операций ввода-вывода, например, сетевой интерфейс, который может считывать данные из кэшей полностью согласованного процессора ACE.

Расширенный расширяемый интерфейс (AXI) [ править ]

Основная статья: Расширенный расширяемый интерфейс

AXI , третье поколение интерфейса AMBA, определенное в спецификации AMBA 3, ориентировано на высокопроизводительные конструкции систем с высокой тактовой частотой и включает функции, которые делают его подходящим для высокоскоростных субмикрометрических соединений:

  • отдельные этапы 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) [ править ]

AHB это протокол шины введен в Advanced Микроконтроллер Bus Architecture версии 2 , опубликованной ARM Ltd компании.

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 - это подмножество AHB, официально определенное в стандарте AMBA 3. Это подмножество упрощает конструкцию шины с одним ведущим устройством.

Расширенная периферийная шина (APB) [ править ]

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

Продукты AMBA [ править ]

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

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

Конкуренты [ править ]

  • Wishbone от OpenCores - Бесплатная и открытая автобусная архитектура (ранее от Silicore)
  • Технология шины CoreConnect от IBM , используемая во встроенных IBM PowerPC , но также и во многих других системах, подобных SoC, с Xilinx MicroBlaze или аналогичными ядрами.
  • IPBus от IDT
  • Avalon - запатентованная шинная система от Altera для использования в их SoC Nios II [5]
  • Open Core Protocol (OCP) от Accellera
  • HyperTransport (HT) от AMD (хотя это интерфейс вне микросхемы, а не на шине микросхемы)
  • QuickPath Interconnect (QPI) от 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 шинная архитектура от CHIPS Alliance [6]

См. Также [ править ]

  • Функциональная спецификация
  • Мастер / ведомый (технология)
  • Сеть на кристалле , альтернатива шинной архитектуре

Ссылки [ править ]

  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. ^ a b ARM объявляет о спецификации AMBA 5 CHI для обеспечения высокой производительности и масштабируемости системы на базе чипов, http://www.arm.com/about/newsroom/arm-announces-amba-5-chi-specification-to-enable -высокопроизводительная-высокомасштабируемая-система-на-кристалле.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. ^ "Chips Alliance" . Фишки Альянс . Проверено 21 июня 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница Arm Developer AMBA - от Arm
  • Домашняя страница спецификации AMBA - ARM
  • AMBA ARM
  • Документация AMBA - от ARM
    • Спецификация AMBA 2, включая AHB - от ARM
    • AMBA AXI и спецификация протокола ACE AXI3, AXI4 и AXI4-Lite, ACE и ACE-Lite - от ARM
    • Спецификация AMBA APB, включая APB4, APB3, APB2 - от ARM