Усовершенствованная архитектура шины микроконтроллера
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2022 г. ) |
Arm Усовершенствованная архитектура шины микроконтроллера ( AMBA ) — это открытая стандартная спецификация внутрикристальных межсоединений для подключения и управления функциональными блоками в конструкциях «система-на-кристалле » (SoC). Это облегчает разработку многопроцессорных проектов с большим количеством контроллеров и компонентов с шинной архитектурой . С момента своего создания область применения AMBA, несмотря на свое название, вышла далеко за рамки микроконтроллерных устройств. Сегодня AMBA широко используется в ряде деталей ASIC и SoC, включая процессоры приложений, используемые в современных портативных мобильных устройствах, таких как смартфоны . AMBA является зарегистрированной торговой маркой компании Arm Ltd. [1]
AMBA была представлена компанией Arm в 1996 году. Первыми автобусами AMBA были Advanced System Bus (ASB) и Advanced Peripheral Bus (APB). Во второй версии AMBA 2 в 1999 году компания Arm добавила высокопроизводительную шину AMBA (AHB), которая представляет собой единый протокол тактовой частоты. В 2003 году компания Arm представила третье поколение AMBA 3, включающее расширенный расширяемый интерфейс (AXI) для достижения еще более высокой производительности межсоединения и улучшенную шину трассировки (ATB) как часть встроенного решения для отладки и трассировки CoreSight. В 2010 году были представлены спецификации AMBA 4, начиная с AMBA 4 AXI4, а затем в 2011 году. [2] расширение общесистемной согласованности 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 перегрузок. Эти протоколы сегодня являются фактическим стандартом для архитектур встроенных процессорных шин, поскольку они хорошо документированы и могут использоваться без лицензионных отчислений.
Принципы проектирования
[ редактировать ]
Важным аспектом SoC является не только то, какие компоненты или блоки в нем размещены, но и то, как они взаимосвязаны. AMBA — это решение для взаимодействия блоков друг с другом.
Целью спецификации AMBA является:
- облегчить правильную разработку встроенных микроконтроллеров с одним или несколькими ЦП, графическими процессорами или процессорами сигналов,
- быть технологически независимыми, чтобы обеспечить возможность повторного использования 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.
- свести к минимуму кремниевую инфраструктуру, одновременно поддерживая высокую производительность и низкое энергопотребление внутрикристальной связи.
Спецификации протокола AMBA
[ редактировать ]Спецификация AMBA определяет стандарт внутрикристальной связи для разработки высокопроизводительных встроенных микроконтроллеров. Его поддерживает компания Arm Limited с широким межотраслевым участием.
Спецификация AMBA 5 определяет следующие шины/интерфейсы:
- Спецификация протоколов AXI5, AXI5-Lite и ACE5
- Усовершенствованная высокопроизводительная шина (AHB5, AHB-Lite)
- Интерфейс когерентного концентратора (CHI) [3]
- Распределенный интерфейс перевода (DTI)
- Универсальная шина Flash (GFB)
Спецификация AMBA 4 определяет следующие шины/интерфейсы:
- Расширения AXI Coherency Extensions (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)
- Усовершенствованная периферийная шина (APB4 v2.0)
- Интерфейсы AMBA с низким энергопотреблением (Q-канал и P-канал)
Спецификация AMBA 3 определяет четыре шины/интерфейса:
- Расширенный расширяемый интерфейс (AXI3 или AXI v1.0) — широко используется в процессорах Arm Cortex-A, включая Cortex-A9.
- Усовершенствованная высокопроизводительная шина Lite (AHB-Lite v1.0)
- Усовершенствованная периферийная шина (APB3 v1.0)
- Расширенная шина трассировки (ATB v1.0)
Спецификация AMBA 2 определяет три шины/интерфейса:
- Усовершенствованная высокопроизводительная шина (AHB) - широко используется в конструкциях на базе ARM7, ARM9 и Arm Cortex-M.
- Расширенная системная шина (ASB)
- Усовершенствованная периферийная шина (APB2 или APB)
Спецификация AMBA (первая версия) определяет две шины/интерфейса:
- Расширенная системная шина (ASB)
- Усовершенствованная периферийная шина (APB)
Аспекты синхронизации и уровни напряжения на шине не определяются спецификациями.
Расширения когерентности AXI (ACE и ACE-Lite)
[ редактировать ]ACE , определенный как часть спецификации AMBA 4, расширяет AXI за счет дополнительной сигнализации, обеспечивающей общесистемную согласованность. [4] Такая согласованность системы позволяет нескольким процессорам совместно использовать память и использовать такую технологию, как обработка big.LITTLE от Arm . Протокол ACE-Lite обеспечивает одностороннюю когерентность, также известную как когерентность ввода-вывода; например, сетевой интерфейс, который может читать кэши полностью когерентного процессора ACE.
Расширенный расширяемый интерфейс (AXI)
[ редактировать ]AXI , третье поколение интерфейса AMBA, определенное в спецификации AMBA 3, предназначено для высокопроизводительных систем с высокой тактовой частотой и включает функции, которые делают его пригодным для высокоскоростного субмикрометрового соединения:
- отдельные фазы адреса/управления и данных
- поддержка невыровненной передачи данных с использованием байтовых стробов
- пакетные транзакции с выданным только начальным адресом
- выдача нескольких невыполненных адресов с неупорядоченными ответами
- простое добавление этапов регистра для обеспечения синхронизации.
Усовершенствованная высокопроизводительная шина (AHB)
[ редактировать ]AHB — это протокол шины, представленный в версии 2 Advanced Microcontroller Bus Architecture, опубликованной Arm Ltd. компанией
В дополнение к предыдущей версии, он имеет следующие функции:
- большая ширина шины (64/128/256/512/1024 бит).
Простая транзакция на AHB состоит из фазы адреса и последующей фазы данных (без состояний ожидания: всего два цикла шины). Доступ к целевому устройству контролируется через мультиплексор (не с тремя состояниями), тем самым разрешая доступ к шине только одному мастеру шины за раз.
AHB-Lite — это подмножество AHB, формально определенное в стандарте AMBA 3. Этот подмножество упрощает конструкцию шины с одним ведущим устройством.
Усовершенствованная периферийная шина (APB)
[ редактировать ]APB предназначен для доступа к управлению с низкой пропускной способностью, например, к интерфейсам регистрации на периферийных устройствах системы. Эта шина имеет адрес и фазу данных, аналогичные AHB, но значительно уменьшенный список сигналов низкой сложности (например, без пакетов). Кроме того, это интерфейс, предназначенный для низкочастотной системы с малой разрядностью (32 бита).
Продукция АМБА
[ редактировать ]Семейство синтезируемых интеллектуальной собственности ( IP ядер ) AMBA Products лицензируется компанией 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), SDRAM контроллеры памяти (CoreLink DMC-400), контроллеры DMA (CoreLink DMA-230, DMA-330), кэш второго уровня. контроллеры (L2C-310) и др.
Ряд производителей используют шины AMBA для конструкций, отличных от ARM. В качестве примера Infineon использует шину AMBA для SoC ADM5120 на базе архитектуры MIPS .
Конкуренты
[ редактировать ]- Wishbone от OpenCores — бесплатная и открытая шинная архитектура (ранее от Silicore).
- CoreConnect Технология шины от IBM от IBM , используемая во встроенном PowerPC , а также во многих других SoC -подобных системах с Xilinx MicroBlaze или аналогичными ядрами.
- IPBus от IDT
- Avalon - запатентованная шинная система Altera для использования в их Nios II . SoC [5]
- Протокол открытого ядра (OCP) от Accellera
- HyperTransport (HT) от AMD (хотя это внешний интерфейс, а не встроенная шина)
- QuickPath Interconnect (QPI) от Intel (хотя это внешний интерфейс, а не встроенная шина)
- виртуальная доля от PICC — бесплатная и с открытым исходным кодом
- TileLink — бесплатная и открытая шинная архитектура от CHIPS Alliance. [6]
См. также
[ редактировать ]- Функциональная спецификация
- Главный/ведомый (технология)
- Сеть на кристалле , альтернатива шинным архитектурам
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лицензия на товарный знак AMBA, http://arm.com/about/trademarks/arm-trademark-list/AMBA-trademark.php.
- ^ Новая спецификация AMBA 4 оптимизирует когерентность для гетерогенных многоядерных SoC, https://www.arm.com/new-amba-4-specification-optimizes-coherency-for-heterogeneous-multicore-socs.php
- ^ Перейти обратно: а б Компания Arm анонсирует спецификацию AMBA 5 CHI, обеспечивающую высокопроизводительную и масштабируемую систему на основе технологии чипов, http://www.arm.com/about/newsroom/arm-announces-amba-5-chi-specification-to-enable-high- производительность-высоко-масштабируемая-система-на-чипе.php
- ^ Криуил А. и Серве В. (2013). Формальный анализ спецификации ACE для систем на кристалле с когерентным кэшем. В «Формальных методах для промышленных критических систем» (стр. 108–122). Шпрингер Берлин Гейдельберг., ISBN 978-3-642-41010-9
- ^ Авалон
- ^ «Чипс Альянс» . Чипсовый Альянс . Проверено 21 июня 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Домашняя страница разработчика Arm AMBA — от Arm
- Домашняя страница спецификации AMBA - ARM
- АМБА АРМ
- Документация AMBA — от ARM
