Fejlett mikrovezérlő buszarchitektúra

Az ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) egy nyílt szabvány a chip-összeköttetési követelményekhez, amelyek funkcionális blokkok csatlakoztatására és meghajtására vonatkoznak a rendszer-chipen (SoC) rendszerekben. Megkönnyíti a többprocesszoros kialakítások fejlesztését nagyszámú vezérlővel és perifériával. A név ellenére az AMBA a kezdetektől fogva messze túlmutat a mikrokontroller eszközök határain. Manapság az AMBA-t széles körben használják számos ASIC és SoC alkatrészben, beleértve a mai kis hordozható eszközökben, például okostelefonokban használt alkalmazásprocesszorokat is . Az AMBA az ARM Ltd. bejegyzett védjegye .

Az AMBA-t 1996-ban vezették be az ARM-be. Az első AMBA buszok az Advanced System Bus (ASB) és az Advanced Peripheral Bus (APB) voltak. Második iterációjában, az AMBA 2-ben 1999-ben, az ARM hozzáadta az AMBA nagy teljesítményű buszt (AHB) egyetlen órajel protokollal. 2003-ban az ARM bemutatta a harmadik generációs AMBA 3-at, amely magában foglalta az Advanced Extensible Interface-t (AXI) a még nagyobb összekapcsolási teljesítmény érdekében, valamint az Advanced Trace Bus-t (ATB) a CoreSight hibakereső és chip-követő megoldásának részeként. 2010-ben bevezették az AMBA 4 követelményeit, kezdve az AMBA 4 AXI4-gyel, majd 2011-ben a rendszer koherens szélességének kiterjesztésével az AMBA 4 ACE-vel. 2013-ban bevezették az AMBA 5 CHI (Coherent Hub Interface) követelményeit egy újratervezett nagysebességű szállítási réteggel és a torlódások csökkentésére tervezett funkciókkal.

Ma ezek a protokollok a beágyazott processzorok de facto szabványai, mivel jól dokumentáltak, és jogdíj nélkül használhatók.

Fejlesztési megközelítések

Az SoC fontos jellemzője nem csak az, hogy milyen építőelemeket tartalmaz, hanem az is, hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Az AMBA egy megoldás a blokkok egymás közötti kölcsönhatására.

Az AMBA követelményei a következőkre irányulnak:

• egy vagy több CPU-val, GPU-val vagy jelkezelővel rendelkező, első alkalommal beágyazott mikrokontroller termékek fejlesztésének elősegítése ,
• technológiailag független legyen, lehetővé téve az IP-magok , perifériák és rendszermakrocellák újrafelhasználását különböző IC-folyamatokban,
• a moduláris rendszerek fejlesztésének ösztönzése a processzor függetlenségének javítása és az újrafelhasználható periféria- és rendszer-IP-könyvtárak fejlesztése érdekében
• minimalizálja a szilícium infrastruktúrát, miközben fenntartja a nagy teljesítményt és az alacsony chip-fogyasztást.

AMBA protokollkövetelmények

Az AMBA követelményei meghatározzák a chipen belüli összekapcsolási szabványt a nagy teljesítményű beágyazott mikrokontrollerek fejlesztéséhez. Az ARM Limited támogatja , széles iparági részvétellel.

Az AMBA 5 követelményei a következő buszokat/kapcsolatokat határozzák meg:

• Fejlett, nagy teljesítményű busz (AHB5, AHB-Lite)
• CHI koherens hub interfész (CHI)

Az AMBA 4 követelményei a következő buszokat/kapcsolatokat határozzák meg:

• AXI koherencia-kiterjesztések (ACE) – széles körben használják a legújabb ARM Cortex-A processzorokban, beleértve a Cortex-A7- et és a Cortex-A15-öt
• AXI Coherency Extensions Lite (ACE-Lite)
• Advanced Extensible Interface 4 (AXI4)
• Fejlett bővíthető interfész 4 Lite (AXI4-Lite)
• Advanced Extensible Interface 4 Stream (AXI4-Stream v1.0)
• Advanced Trace Bus (ATB v1.1)
• Speciális perifériabusz (APB4 v2.0)

Az AMBA 3 követelményei négy buszt/kapcsolatot határoznak meg:

• Fejlett bővíthető interfész (AXI3 vagy AXI v1.0) – széles körben használják az ARM Cortex-A processzorokban, beleértve a Cortex-A9- et is
• Advanced High Performance Bus Lite (AHB-Lite v1.0)
• Speciális perifériabusz (APB3 v1.0)
• Advanced Trace Bus (ATB v1.0)

Az AMBA 2 követelményei három buszt/kapcsolatot határoznak meg:

• Advanced High-Performance Bus (AHB) – széles körben használják az ARM7, ARM9 és ARM Cortex-M alapú tervekben
• Advanced System Bus (ASB)
• Fejlett perifériabusz (APB2 vagy APB)

Az AMBA (Version 1) követelményei két buszt/kapcsolatot határoznak meg:

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

A buszon a késleltetések és a feszültségszintek jellemzői nem diktálnak követelményeket.

AXI koherencia-kiterjesztések (ACE és ACE-Lite)

Az AMBA 4 követelményeinek részeként meghatározott ACE egy további eszközzel bővíti az AXI-t a széles koherencia átvitelek jelzésére. Ez a koherencia lehetőség lehetővé teszi több processzor számára a memória megosztását, és olyan technológiákat tartalmaz, mint az ARM big.LITTLE feldolgozása . Az ACE-Lite protokoll lehetővé teszi az egyirányú vagy más módon IO koherenciát, például a hálózati összekapcsolást, amely [csak] a teljesen koherens ACE processzor gyorsítótáraiból tud olvasni.

Advanced eXtensible Interface (AXI)

Az AXI , az AMBA 3 követelményeiben meghatározott AMBA interconnect harmadik generációja nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás adathordozók fejlesztésére irányul, és olyan funkciókat tartalmaz, amelyek alkalmassá teszik nagy sebességű szubmikron összeköttetésekre:

• külön cím/vezérlés és adatfázis
• támogatja a nem igazított adatátvitelt byte stroboszkóp használatával
• csomag alapú átvitel, csak a kezdőcím megadásával
• több külső cím kiadása rendezetlen válaszokkal
• a regiszter szakaszok egyszerű hozzáadása a szoros késések biztosításához.

Advanced High Performance Bus (AHB)

Az AHB az ARM Ltd.  által kiadott Advanced Microcontroller Bus Architecture 2 változatban bevezetett protokoll .

Az előző megvalósításon kívül a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• sok buszszélesség (64/128/256/512/1024 bit).

Egy egyszerű AHB átvitel egy címfázisból és egy adatfázis részsorozatból áll (nincs várakozási állapot: csak két buszciklus). A céleszközhöz való hozzáférést MUX -on keresztül vezérlik (nincs Z-réteg), így egyszerre csak egy gazdagép buszához való hozzáférést ismerjük fel.

Az AHB-Lite  az AMBA 3 szabvány által formálisan meghatározott AHB alfaja, amely leegyszerűsíti az egy-master busz fejlesztését.

Advanced Peripheral Bus (APB)

Az APB -t úgy tervezték, hogy hozzáférjen a lassú (alacsony sebességű) vezérléshez, például a rendszer perifériáján lévő regiszterekkel való interfészhez. Az AHB-hez hasonlóan ez a busz is rendelkezik cím- és adatfázisokkal, de jelentősen csökkentett, egyszerű jellistával (például nincs ts).

AMBA termékek

Az AMBA Products IP Synthesizable Core ( IP ) családot az ARM Limited licencelte , amely digitális buszt valósít meg az SoC-n, hogy hatékonyan mozgassa és tárolja az adatokat az AMBA protokoll követelményeinek megfelelően. Az AMBA család tartalmaz AMBA Network Interconnect (CoreLink NIC-400), Cache Coherent Interconnect (CoreLink CCI-500), SDRAM memóriavezérlőket (CoreLink DMC-400), DMA vezérlőket (CoreLink DMA-230, DMA-330), 2. szintű gyorsítótár vezérlőket. (L2C-310) stb.

Számos gyártó használ AMBA buszokat nem ARM fejlesztésekhez. Példaként az Infineon az AMBA buszt használja a MIPS architektúrán alapuló ADM5120 SoC-hez .

Riválisok

• Wishbone by OpenCores  – ingyenes és nyílt busz architektúra (korábban a Silicore-tól)
• Az IBM CoreConnect busztechnológiája , amelyet az IBM Power Architecture beágyazott termékekben használnak , valamint sok más SoC -szerű termék Xilinx MicroBlaze vagy hasonló magokkal
• IPBus az IDT -től
• Az Avalon az Altera  szabadalmaztatott rendszerbusza , amelyet Nios II SoC -jeikben használnak
• Open Core Protocol (OCP) az Accellerától
• Az AMD HyperTransport (HT) (bár ez chipen kívüli, nem chipen lévő busz)
• QuickPath Interconnect (QPI) az Inteltől (bár ez chipen kívüli, nem chipen lévő busz)
• A PICC virtuális megosztása ingyenes és nyílt forráskódú

Lásd még

• Funkcionális specifikáció
• Master/slave (technológia)

Linkek

• AMBA specifikáció kezdőlapja  – az ARM-től
• ARM AMBA
• AMBA dokumentáció  – az ARM-től
  • AMBA 2 specifikáció, beleértve az AHB-t  – az ARM- től
  • AMBA AXI és ACE Protokoll specifikáció AXI3, AXI4 és AXI4-Lite, ACE és ACE-Lite  – az ARM -től
  • AMBA APB specifikáció, beleértve APB4, APB3, APB2  - az ARM-től