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1、硕士研究生学位论文题目：基于AMBA的手机芯片SOC总线架构设计与应用姓 名： 廖 凯 学 号： 10548086 院 系： 信息科学与技术学院 专 业： 电子与通信工程 研究方向： 集成系统芯片（SOC） 导师姓名： 王新安 二00八 年 六 月版权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任何方式传播。否则，引起有碍作者著作权之问题，将可能承担法律责任。摘 要随着可携带式消费型电子产品的应用日益广泛，需求的功能越来越多，导致一个嵌入式系统的开发时间难以预测及控制；而嵌入式系统越来越复杂，架构规格又时常更新改变，整合
2、困难且耗时，产品生命周期又越来越短，迫使设计者在设计硬件架构时必须从本质上要较有弹性去考量。而系统总线设计的灵活、弹性，允许系统开发者可以选择最理想的架构，有效地满足各种各样的系统所需要的效能，是Reuse的关键所在。在系统总线设计中，AMBA是一个公开的标准，详叙了组成一个系统的功能模块互联和管理的机制，将使设计者在不需要更改总线界面下，直接整合现有的IP核，这使得系统的整体效益倍增。SOC设计者有时为了和周边装置配置及频宽，要在通道数和时间频率最优化间选择一个最佳化的的组合，因而选择AMBA Multi-layer的架构。AMBA系统总线中AHB主要是针对高效率，高频率的模块所设计的总线，
3、它可以连接如微处理器、晶片上或晶片外的记忆体模块和直接记忆体存取机制等高效率模块。它可以支持多个masters管理机制而达到最大的系统效能，是一个高速、高频率的总线。本论文则是基于智能手机开发当中对系统总线的选择与设计所做的研究。本论文的目的即是研究基于AMBA这种片上总线系统的智能手机SOC系统架构的设计和应用。本论文的主要工作是在研究和分析AHB协议的基础上，完成智能手机芯片中AHB总线的设计和验证以及各IP核的互联。具体的工作包括：AHB总线协议的研究；手机芯片各模块互连结构的设计；手机芯片各模块总线接口的设计；总线模块的设计，包括仲裁器、地址译码器、多路选择器、AHB2AHB总线桥的设
4、计、AHB2APB总线桥的设计。关键字：总线桥，SOC，AHB总线，APB总线，主设备，从设备，仲裁器，地址译码器AbstractWith the development of micro-electronics technology, especially progress on SOC technology,it is great required a more flexible on-chip bus to properly connect sorts of IP modules.For the on-chip bus, flexibility is the key to reuse b
5、y enabling developers to select the optimal architecture to efficiently meet the performance requirements of a wide variety of systems. AMBA is an open standard, on-chip bus specification that details a strategy for the interconnection and management of functional blocks that makes up a System-on-Ch
6、ip(SOC).AMBA will let designers multiply the total bandwidth available in a system without changing the bus interface on existing intellectual property(IP) cores. Sometimes, the SOC designer to select the optimal combination of bus frequency and the number of channels, using the AMBA Multi-layer arc
7、hitecture. The AHB of the AMBA System Bus connects embedded processors such as an ARM core to high-performance peripherals, DMA controllers, on-chip memory and interfaces. It is a high-speed, high-bandwidth bus that supports multi-master bus management to maximize system performance. This paper is b
8、ased on the research of on-chip bus use in smart phones develop.This paper presents the design of AHB bus and Bridge in the smart phone after studying and analyzing the AHB protocol. The works mainly include the design of AHB and the AHB Arbitrator Device, the Address Decoders, the Multiplexers, the
9、 Bi-directional AHB-to-AHB Bridge，zhe APB Bridge and the connection of all Intellectual Property for the application of our mobile phone.Key Words： AHB Bridge, SOC, AHB, APB, master, slave, Arbitrator, Decoder目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 总线的发展历史与现状11.2 IP互连策略及片上总线系统41.2.1 基于IP重用的设计方法学41.2.2 几种常
10、用的片上总线比较61.2.2.1 IBM的CoreConnect总线61.2.2.2 ARM的AMBA总线71.2.2.3 Silicore的Wishbone总线81.2.2.4 OCP-IP的OCP91.2.2.5 Altera的Avalon总线101.3 智能手机芯片设计要求与AMBA片上总线标准的优势111.3.1 智能手机芯片设计要求111.3.1.1 模块标准化和可复用性111.3.1.2 验证层次的可划分性121.3.2 AMBA总线协议的优势121.3.2.1 AMBA在技术上的优势121.3.2.2 利于SOC的集成、验证和测试131.3.2.3 良好的维护和发展前景141.4
11、 课题的意义14第二章 AMBA总线架构分析152.1概述152.2 AMBA AHB总线协议152.2.1 AHB总线简介152.2.2 AHB总线系统互连结构162.2.3 AHB信号描述172.2.3.1 AHB全局信号172.2.3.2 AHB仲裁信号172.2.3.3 AHB控制信号172.2.3.4 传输响应(Response)信号182.2.3.5 AHB数据总线信号182.2.3.6 AHB地址译码信号182.2.3.7 AHB SPLIT能力信号192.2.4 AHB基本传输192.2.5 AHB传输类型202.2.6 AHB猝发操作212.2.7 AHB传输响应222.2.
12、7.1 传输响应类型232.2.7.2 两个周期的响应232.2.7.3 分立(SPLIT)与重试(RETRY)比较242.2.8 AHB仲裁协议242.2.8.1 请求总线访间242.2.8.2 授权总线访问252.2.8.3 猝发传输提前终止262.2.8.4 锁定传输262.3 外设总线APB262.3.1 APB特性26第三章 AHB总线控制模块设计283.1 仲裁器单元283.1.1 仲裁器293.1.2 仲裁器仲裁机制303.1.3 AHB 仲裁器的设计323.2 AHB总线地址解码器设计353.3 多路选择器设计373.4 AHB 控制器的设计373.4.1 控制器结构与接口信号
13、383.4.2 控制器算法实现393.4.3 主从接口信息地址（即插即用信息）413.5 AHB传输通过AHB控制器设计的实现443.5.1 AHB读写传输分析443.5.2 AHB传输信号划分493.5.3 传输信号的通路的实现503.5.4 AHB传输实现的仿真结果513.5.4.1 Debug打印输出513.5.4.2 仿真波形分析533.6 AHB其他IP设计简述543.6.1 AHBtrace设计543.6.2 AHBUART-Serial debug interface for AHB553.6.2.1 传送协议563.6.2.2 波特率速率产生573.6.3 APBUART 支持
14、APB接口的UART573.6.3.1 APBBUART简介573.6.3.2 发送器操作583.6.3.3 接收器操作593.6.3.4 波特率产生603.6.3.5 中断产生603.6.3.6 APB uart的代码描述61第四章 AHBBRIDGE设计与应用624.1 总论624.2 AHB2APB bridge设计624.2.1 AHB2APB总线桥设计方案634.2.2 同频或倍频644.2.3 AHB2APB总线桥的算法实现644.2.3.1简单算法的总线桥的设计644.2.3.2 PrimeCell 算法的总线桥的设计654.2.4 主从接口信息674.2.5 APB桥的代码描述
15、684.3 AHB2AHB总线桥的设计684.3.1 单工AHB2AHB桥设计694.3.1.1 概述694.3.1.2 AHB/AHB桥通用操作704.3.1.3 AHB 读传输704.3.1.4 AHB写传输714.3.1.5 锁定传输714.3.1.6 配置选项714.3.1.7 信号描叙724.3.1.8 AHB/AHB桥接示例化734.3.2 Bi-direction AHB2AHB BRIDGE桥接744.3.2.1 概述744.3.2.2 AHB/AHB桥基本操作764.3.2.3 配置选项764.3.3 AHB2AHB Bridge仿真实现79第五章 总结83参考文献84附录1 专业术语名词解释85致 谢87图 目 录
