Kehittynyt mikrokontrolleriväyläarkkitehtuuri

ARM:n Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) on avoin standardi sirujen yhteenliittämisvaatimuksille toiminnallisten lohkojen kytkemiseksi ja ohjaamiseksi system-on-a-chip (SoC) -malleissa. Se helpottaa moniprosessorimallien kehittämistä suurella määrällä ohjaimia ja oheislaitteita. Nimestään huolimatta AMBA:lla on alusta asti ollut ulottuvuus, joka ulottuu paljon mikro-ohjainlaitteiden rajojen ulkopuolelle. Nykyään AMBA:ta käytetään laajasti useissa ASIC- ja SoC-osissa, mukaan lukien sovellusprosessorit, joita käytetään nykypäivän pienissä kannettavissa laitteissa, kuten älypuhelimissa . AMBA on ARM Ltd :n rekisteröity tavaramerkki.

AMBA esiteltiin ARM:lle vuonna 1996. Ensimmäiset AMBA-väylät olivat Advanced System Bus (ASB) ja Advanced Peripheral Bus (APB). Toisessa iteraatiossaan, AMBA 2:ssa vuonna 1999, ARM lisäsi AMBA High-Performance Bus (AHB) yhdellä kelloreunaprotokollalla. Vuonna 2003 ARM esitteli kolmannen sukupolven AMBA 3:n, joka sisälsi Advanced Extensible Interfacen (AXI) entistä paremman yhteenliittämissuorituskyvyn saavuttamiseksi ja Advanced Trace Bus (ATB) osana CoreSightin virheenkorjaus- ja sirujäljitysratkaisua. Vuonna 2010 otettiin käyttöön AMBA 4 -vaatimukset, alkaen AMBA 4 AXI4:stä, sitten vuonna 2011 , jolloin järjestelmän koherenttileveyttä laajennettiin AMBA 4 ACE:n kautta. Vuonna 2013 otettiin käyttöön AMBA 5 CHI (Coherent Hub Interface) -vaatimukset, joissa on uusittu nopea siirtokerros ja ominaisuudet, jotka on suunniteltu vähentämään ruuhkia.

Nykyään nämä protokollat ​​ovat de facto standardi sulautetuille prosessoreille, koska ne on hyvin dokumentoitu ja niitä voidaan käyttää ilman rojaltia.

Kehityslähestymistapoja

SoC:n tärkeä ominaisuus ei ole vain se, mitä rakennuspalikoita se sisältää, vaan myös kuinka ne on kytketty. AMBA on ratkaisu lohkojen vuorovaikutukseen keskenään.

AMBA-vaatimukset on suunnattu:

• helpottaa ensimmäistä kertaa sulautettujen mikro-ohjaintuotteiden kehittämistä, joissa on yksi tai useampi CPU, GPU tai signaalinkäsittelijä,
• olla teknisesti riippumattomia, mikä mahdollistaa IP-ytimien , oheislaitteiden ja järjestelmän makrosolujen uudelleenkäytön erilaisissa IC-prosesseissa,
• kannustaa modulaaristen järjestelmien kehittämistä prosessorien riippumattomuuden parantamiseksi ja uudelleenkäytettävien oheislaitteiden ja järjestelmän IP-kirjastojen kehittämiseksi
• minimoi piiinfrastruktuuri säilyttäen samalla korkean suorituskyvyn ja alhaisen sirun kulutuksen.

AMBA-protokollavaatimukset

AMBA-vaatimukset määrittelevät on-chip-yhdyskytkentästandardin tehokkaiden sulautettujen mikro-ohjainten kehittämiseen. Sitä tukee ARM Limited laajalla toimialojen välisellä osallistumisella.

AMBA 5:n vaatimukset määrittelevät seuraavat väylät/suhteet:

• Advanced High Performance Bus (AHB5, AHB-Lite)
• CHI-koherentti keskitinliitäntä (CHI)

AMBA 4 -vaatimukset määrittelevät seuraavat väylät/suhteet:

• AXI Coherency Extensions (ACE) - käytetään laajasti uusimmissa ARM Cortex-A -prosessoreissa, mukaan lukien Cortex-A7 ja Cortex-A15
• AXI Coherency Extensions Lite (ACE-Lite)
• Advanced Extensible Interface 4 (AXI4)
• Advanced Extensible Interface 4 Lite (AXI4-Lite)
• Advanced Extensible Interface 4 Stream (AXI4-Stream v1.0)
• Advanced Trace Bus (ATB v1.1)
• Advanced Peripheral Bus (APB4 v2.0)

AMBA 3:n vaatimukset määrittelevät neljä väylää/suhdetta:

• Advanced Extensible Interface (AXI3 tai AXI v1.0) - käytetään laajalti ARM Cortex-A -suorittimissa, mukaan lukien Cortex-A9
• Advanced High Performance Bus Lite (AHB-Lite v1.0)
• Advanced Peripheral Bus (APB3 v1.0)
• Advanced Trace Bus (ATB v1.0)

AMBA 2:n vaatimukset määrittelevät kolme väylää/suhdetta:

• Kehittynyt korkean suorituskyvyn väylä (AHB) - käytetty laajalti ARM7-, ARM9- ja ARM Cortex-M -järjestelmiin perustuvissa malleissa
• Advanced System Bus (ASB)
• Advanced Peripheral Bus (APB2 tai APB)

AMBA (versio 1) -vaatimukset määrittelevät kaksi väylää/suhdetta:

• Advanced System Bus (ASB)
• Advanced Peripheral Bus (APB)

Väylän viiveiden ja jännitetasojen ominaisuudet eivät sanele vaatimuksia.

AXI Coherency Extensions (ACE ja ACE-Lite)

ACE , joka on määritelty osana AMBA 4 -vaatimuksia, laajentaa AXI:ta lisäkeinoilla laajan koherenssin lähetysten signalointiin. Tämä koherenssitoiminto mahdollistaa useiden prosessorien jakamisen muistin ja sisältää tekniikoita, kuten ARM:n big.LITTLE -käsittelyn . ACE - Lite- protokolla mahdollistaa yksisuuntaisen tai muutoin IO-koherenssin, kuten verkkojen yhteenliittämisen, joka voi [vain] lukea täysin koherenteista ACE-prosessorien välimuistista.

Advanced eXtensible Interface (AXI)

AXI , AMBA 3 -vaatimusten mukainen kolmannen sukupolven AMBA-yhdysliitäntä, jonka tarkoituksena on kehittää korkean suorituskyvyn korkeataajuista mediaa ja sisältää ominaisuuksia, jotka tekevät siitä sopivan nopeille submikronisille yhteyksille:

• erilliset osoite/ohjaus- ja datavaiheet
• tuki kohdistamattomille tiedonsiirroille tavuvilkkujen avulla
• pakettipohjaiset lähetykset, joissa vain aloitusosoite annetaan
• useiden ulkoisten osoitteiden antaminen järjestämättömillä vastauksilla
• helppo lisätä rekisterivaiheita tiiviiden viiveiden varmistamiseksi.

Advanced High Performance Bus (AHB)

AHB on ARM Ltd  :n julkaisemassa Advanced Microcontroller Bus Architecture 2 -versiossa esitelty protokolla .

Aiemman toteutuksen lisäksi siinä on seuraavat ominaisuudet:

• useita väyläleveyksiä (64/128/256/512/1024 bittiä).

Yksinkertainen AHB-siirto sisältää osoitevaiheen ja datavaiheen osasekvenssin (ei odotustiloja: vain kaksi väyläjaksoa). Pääsyä kohdelaitteeseen ohjataan MUX :n kautta (ei Z-kerrosta), mikä tunnistaa pääsyn yhden isännän väylään kerrallaan.

AHB-Lite  on AMBA 3 -standardin muodollisesti määrittelemä AHB:n alalaji, joka yksinkertaistaa yhden pääväylän kehitystä.

Advanced Peripheral Bus (APB)

APB on suunniteltu käyttämään hidasta (pieninopeutta) ohjausta, kuten liitäntää järjestelmän oheislaitteiden rekistereihin. Kuten AHB, tässä väylässä on osoite- ja datavaiheet, mutta huomattavasti pienempi, mutkaton signaaliluettelo (esimerkiksi ei ts).

AMBA tuotteet

AMBA Products IP Synthesizable Core ( IP ) -perhe on lisensoitu ARM Limitediltä , ​​joka toteuttaa digitaalisen väylän SoC:ssä datan siirtämiseksi ja tallentamiseksi tehokkaasti AMBA-protokollan vaatimusten mukaisesti. AMBA-perheeseen kuuluvat AMBA Network Interconnect (CoreLink NIC-400), Cache Coherent Interconnect (CoreLink CCI-500) SDRAM - muistiohjaimet (CoreLink DMC-400), DMA -ohjaimet (CoreLink DMA-230, DMA-330), tason 2 välimuistiohjaimet (L2C-310) jne.

Useat valmistajat käyttävät AMBA-väyliä ei-ARM-kehitykseen. Esimerkiksi Infineon käyttää AMBA-väylää ADM5120 SoC:lle, joka perustuu MIPS-arkkitehtuuriin .

Kilpailijat

• OpenCoresin Wishbone -  ilmainen ja avoin väyläarkkitehtuuri (aiemmin Silicorelta)
• IBM :n CoreConnect -väylätekniikka , jota käytetään IBM Power Architecture -sulautetuissa tuotteissa , sekä monet muut SoC :n kaltaiset tuotteet, joissa on Xilinx MicroBlaze tai vastaavat ytimet
• IDT :n IPBus
• Avalon  on Alteran kehittämä järjestelmäväylä käytettäväksi heidän Nios II SoC :issa
• Open Core Protocol (OCP) Accellerasta
• AMD :n HyperTransport (HT) (vaikka tämä on off-chip, ei sirussa oleva väylä)
• QuickPath Interconnect (QPI) Inteliltä (vaikka tämä on off-chip, ei sirussa oleva väylä)
• PICC:n virtuaalinen jako on ilmainen ja avoimen lähdekoodin

Katso myös

• Toiminnallinen erittely
• Isäntä/orja (tekniikka)

Linkit

•  ARM:n AMBA-määritysten kotisivu
• ARM:n AMBA
• AMBA-dokumentaatio  – ARM:lta
  • AMBA 2 -spesifikaatio, mukaan lukien AHB  – ARM :lta
  • AMBA AXI- ja ACE-protokollamääritykset AXI3, AXI4 ja AXI4-Lite, ACE ja ACE-Lite  - ARM:lta
  • AMBA APB -määritykset, mukaan lukien APB4, APB3, APB2  - ARM:lta