Gelişmiş Mikrodenetleyici Veri Yolu Mimarisi

ARM'nin Gelişmiş Mikrodenetleyici Veri Yolu Mimarisi (AMBA) , çip üzerinde sistem (SoC) tasarımlarında fonksiyonel blokları bağlamak ve sürmek için çip üzerinde ara bağlantı gereksinimleri için açık bir standarttır . Çok sayıda denetleyici ve çevre birimi ile çok işlemcili tasarımların geliştirilmesini kolaylaştırır. Adına rağmen AMBA, başlangıcından bu yana mikrodenetleyici cihazların sınırlarının çok ötesine uzanan bir kapsama sahiptir. Günümüzde AMBA, akıllı telefonlar gibi günümüzün küçük taşınabilir cihazlarında kullanılan uygulama işlemcileri dahil olmak üzere bir dizi ASIC ve SoC parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır . AMBA, ARM Ltd.'nin tescilli ticari markasıdır.

AMBA, 1996 yılında ARM'ye tanıtıldı. İlk AMBA veri yolları, Gelişmiş Sistem Veri Yolu (ASB) ve Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB) idi. 1999'daki ikinci yinelemesi olan AMBA 2'de ARM, tek bir saat kenarı protokolüyle AMBA Yüksek Performanslı Veri Yolu'nu (AHB) ekledi. 2003 yılında ARM, daha da yüksek ara bağlantı performansı için Gelişmiş Genişletilebilir Arabirimi (AXI) ve CoreSight'ın hata ayıklama ve çip izleme çözümünün bir parçası olarak Gelişmiş İzleme Veri Yolu'nu (ATB) içeren üçüncü nesil AMBA 3'ü piyasaya sürdü. 2010 yılında, AMBA 4 AXI4 ile başlayan AMBA 4 gereksinimleri tanıtıldı, ardından 2011'de sistemin tutarlı genişliğinin AMBA 4 ACE aracılığıyla genişletilmesiyle. 2013'te , yeniden tasarlanmış yüksek hızlı taşıma katmanı ve tıkanıklığı azaltmak için tasarlanmış özelliklerle AMBA 5 CHI (Coherent Hub Interface) gereksinimleri tanıtıldı.

Bugün, bu protokoller gömülü işlemciler için fiili standarttır, çünkü bunlar iyi belgelenmiştir ve telif ücreti olmadan kullanılabilirler.

Geliştirme yaklaşımları

Bir SoC'nin önemli bir özelliği, yalnızca hangi yapı taşlarını içerdiği değil, aynı zamanda bunların nasıl bağlandığıdır. AMBA, blokların birbirleriyle etkileşimi için bir çözümdür.

AMBA gereklilikleri aşağıdakileri hedeflemektedir:

• bir veya daha fazla CPU, GPU veya sinyal işleyici ile ilk seferde doğru gömülü mikro denetleyici ürünlerinin geliştirilmesini kolaylaştırmak ,
• IP çekirdeklerinin , çevre birimlerinin ve sistem makro hücrelerinin çeşitli IC süreçlerinde yeniden kullanılmasına izin vererek teknolojik olarak bağımsız olmak ,
• işlemci bağımsızlığını iyileştirmek ve yeniden kullanılabilir çevresel ve sistem IP kitaplıkları geliştirmek için modüler sistem geliştirmeyi teşvik edin
• yüksek performansı ve düşük çip tüketimini korurken silikon altyapısını en aza indirin.

AMBA protokolü gereksinimleri

AMBA gereklilikleri, yüksek performanslı gömülü mikro denetleyicilerin geliştirilmesi için çip üzerinde ara bağlantı standardını tanımlar. Sektörler arası geniş katılımla ARM Limited tarafından desteklenmektedir .

AMBA 5 gereksinimleri aşağıdaki veriyollarını/ilişkileri tanımlar:

• Gelişmiş Yüksek Performanslı Veri Yolu (AHB5, AHB-Lite)
• CHI Tutarlı Hub Arayüzü (CHI)

AMBA 4 gereksinimleri aşağıdaki veriyollarını/ilişkileri tanımlar:

• AXI Tutarlılık Uzantıları (ACE) - Cortex-A7 ve Cortex-A15 dahil olmak üzere en son ARM Cortex-A işlemcilerinde yaygın olarak kullanılır
• AXI Tutarlılık Uzantıları Lite (ACE-Lite)
• Gelişmiş Genişletilebilir Arayüz 4 (AXI4)
• Gelişmiş Genişletilebilir Arayüz 4 Lite (AXI4-Lite)
• Gelişmiş Genişletilebilir Arayüz 4 Akışı (AXI4-Stream v1.0)
• Gelişmiş İzleme Veriyolu (ATB v1.1)
• Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB4 v2.0)

AMBA 3 gereklilikleri dört yolu/ilişkiyi tanımlar:

• Gelişmiş Genişletilebilir Arayüz (AXI3 veya AXI v1.0) - Cortex-A9 dahil olmak üzere ARM Cortex-A işlemcilerinde yaygın olarak kullanılır
• Gelişmiş Yüksek Performanslı Veri Yolu Lite (AHB-Lite v1.0)
• Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB3 v1.0)
• Gelişmiş İzleme Veriyolu (ATB v1.0)

AMBA 2 gereksinimleri, üç yolu/ilişkiyi tanımlar:

• Gelişmiş Yüksek Performanslı Veri Yolu (AHB) - ARM7, ARM9 ve ARM Cortex-M tabanlı tasarımlarda yaygın olarak kullanılır
• Gelişmiş Sistem Veriyolu (ASB)
• Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB2 veya APB)

AMBA (Sürüm 1) gereklilikleri iki veri yolunu/ilişkiyi tanımlar:

• Gelişmiş Sistem Veriyolu (ASB)
• Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB)

Veri yolundaki gecikmelerin ve voltaj seviyelerinin özellikleri gereksinimleri belirlemez.

AXI Tutarlılık Uzantıları (ACE ve ACE-Lite)

AMBA 4 gerekliliklerinin bir parçası olarak tanımlanan ACE , AXI'yi geniş tutarlılık iletimlerini ek bir sinyalleme aracıyla genişletir. Bu tutarlılık özelliği, birden çok işlemcinin belleği paylaşmasına izin verir ve ARM'nin big.LITTLE işlemesi gibi teknolojileri içerir . ACE-Lite protokolü , [yalnızca] tamamen tutarlı ACE işlemci önbelleklerinden okuyabilen ağ ara bağlantısı gibi tek yönlü veya başka türlü IO tutarlılığını etkinleştirir .

Gelişmiş Genişletilebilir Arayüz (AXI)

AMBA 3 gerekliliklerinde tanımlanan üçüncü nesil AMBA ara bağlantısı olan AXI , yüksek performanslı, yüksek frekanslı ortam geliştirmeyi amaçlar ve onu yüksek hızlı mikron altı ara bağlantılar için uygun kılan özellikler içerir:

• ayrı adres/kontrol ve veri fazları
• bayt flaşları kullanan hizalanmamış veri aktarımları için destek
• yalnızca başlangıç ​​adresi verilen paket tabanlı iletimler
• sırasız yanıtlarla birden fazla harici adres yayınlama
• yakın gecikmeler sağlamak için kayıt aşamalarını ekleme kolaylığı.

Gelişmiş Yüksek Performanslı Veri Yolu (AHB)

AHB , ARM Ltd  tarafından yayınlanan Advanced Microcontroller Bus Architecture 2 varyantında tanıtılan bir protokoldür.

Önceki uygulamaya ek olarak, aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• birçok veri yolu genişliği (64/128/256/512/1024 bit).

Basit bir AHB aktarımı, bir adres aşaması ve bir veri aşaması alt dizisi içerir (bekleme durumu yok: yalnızca iki veri yolu döngüsü). Hedef cihaza erişim, MUX (Z katmanı olmadan) aracılığıyla kontrol edilir , böylece her seferinde bir ana bilgisayarın veri yoluna erişim tanınır.

AHB-Lite  , AMBA 3 standardı tarafından resmi olarak tanımlanan AHB'nin bir alt türüdür. Bu alt tür, tek ana veri yolu geliştirmeyi basitleştirir.

Gelişmiş Çevresel Veri Yolu (APB)

APB , sistem çevresindeki kayıtlarla arabirim oluşturma gibi yavaş (düşük hızlı) denetime erişmek için tasarlanmıştır. AHB gibi, bu veri yolu da adres ve veri fazlarına sahiptir, ancak büyük ölçüde azaltılmış, karmaşık olmayan bir sinyal listesi (örneğin t'ler yoktur).

AMBA ürünleri

AMBA Ürünleri IP Sentezlenebilir Çekirdek ( IP ) ailesi , AMBA protokolünün gereksinimlerini kullanarak verileri verimli bir şekilde taşımak ve depolamak için SoC üzerinde bir dijital veri yolu uygulayan ARM Limited'den lisanslanmıştır . AMBA ailesi, AMBA Network Interconnect (CoreLink NIC-400), Cache Coherent Interconnect (CoreLink CCI-500), SDRAM bellek denetleyicileri (CoreLink DMC-400), DMA denetleyicileri (CoreLink DMA-230, DMA-330), seviye 2 önbellek denetleyicilerini içerir ( L2C-310), vb.

Bir dizi üretici, ARM dışı geliştirme için AMBA veriyollarını kullanır. Örnek olarak Infineon , MIPS mimarisine dayalı ADM5120 SoC için AMBA veri yolunu kullanır .

Rakipler

• OpenCores tarafından Wishbone  - ücretsiz ve açık veri yolu mimarisi (eski adıyla Silicore'dan)
• IBM Power Architecture yerleşik ürünlerinde ve ayrıca Xilinx MicroBlaze veya benzer çekirdeklere sahip diğer birçok SoC benzeri üründe kullanılan IBM'in CoreConnect veri yolu teknolojisi
• IDT tarafından IPBus
• Avalon , Altera'nın Nios II SoC'lerinde kullanım için  tescilli bir sistem veriyoludur
• Accellera'dan Açık Çekirdek Protokolü (OCP)
• AMD'nin HyperTransport'u (HT) (gerçi bu bir off-chip, on-chip değil)
• Intel'den QuickPath Interconnect (QPI) (bu, çip dışı bir veri yolu olmasına rağmen)
• PICC'nin sanal paylaşımı ücretsiz ve açık kaynaklıdır

Ayrıca

• fonksiyonel belirtim
• Efendi/köle (teknoloji)

Bağlantılar

• AMBA Spesifikasyonu ana sayfası  - ARM'nin
• ARM AMBA'sı
• AMBA Dokümantasyonu  — ARM'den
  •  ARM'den AHB dahil AMBA 2 Spesifikasyonu
  • AMBA AXI ve ACE Protokol Spesifikasyonu AXI3, AXI4 ve AXI4-Lite, ACE ve ACE-Lite  - ARM'den
  • ARM'den APB4, APB3, APB2 dahil AMBA APB  Spesifikasyonu