回顾soc总线协议

Rohita p·帕蒂尔¹,Pratima诉Sangamkar²

助理教授,ENTC,系集的Smt。Kashibai Navale工程学院,浦那(印度马哈拉施特拉邦
PG学生(vlsi嵌入式系统),ENTC,系集的Smt。Kashibai Navale工程学院,浦那(印度马哈拉施特拉邦

文摘

本文简要的描述各种片上总线协议等先进的单片机总线架构(AMBA)先进的高性能总线(AHB)和先进的可扩展接口(AXI)、叉骨巴士,开放的核心协议((OCP)和CoreConnect总线。简要介绍高性能芯片系统的总线协议称为主从总线(MSBUS)。通过考虑区域之间不可避免的权衡,吞吐量和能源效率,控制总线开发低成本和低电力总线而创建了数据总线作为一种高通量全双工总线。这片上总线协议有区别于其他片上总线协议有效的块数据传输的功能。这MSBUS总线是一种有效的协议在许多应用,如图像处理,计算机视觉,和无线通讯,它需要更少的硬件资源和实现更高的性能,特别是在块传输模式。不同协议之间的比较是对各种参数。

关键字

芯片系统;低功耗;能源效率;高性能;全双工总线。

介绍

现在,有必要减少界面的复杂性,低成本和低能耗的片上总线由于快速增长的物联网(物联网)市场。传统的总线协议等先进的单片机总线体系结构(AMBA)先进的高性能总线(AHB)[9]和先进的可扩展接口从ARM Holdings (AXI)[3],叉骨从Silicore公司[4],开放核心协议((OCP) [5] (OCP国际伙伴关系,从IBM CoreConnect[10]在工业中是非常常见的。这些公共汽车是他们的主要特征线性传输数据。然而,也有一些特定的应用,如图像处理、计算机视觉和无线通信数据处理通常是基于邻居的关系数据,邻接,连接,区域和边界[6],[8]和块数据加载和存储[7]。在这些情况下,传输的数据块或矩阵是可取的,而不是线性的破裂。此外,对一些先进的总线结构,如multi-bus和多层体系结构,可以提高带宽最大交易发生时在同一总线或同一总线层水平。然而,这些巴士使用大量的电线好几组总线信号和定义复杂昂贵的硬件结构的硅面积和能源消耗。这些传统的总线架构也不是suitableto电池驱动的便携式设备由于高带宽和高能源消耗的特性。

为了克服传统公交车上面指定的限制,低成本和低能耗的总线称为简要介绍了主从式总线。这是一个双总线结构,因为它是由控制总线(生产部)和数据总线(单位)。这个协议平衡性能与成本,克服了并实现了低功耗等特性和高吞吐量。

剩下的纸是组织如下;第二节givesbrief调查的soc协议。第三部分给出了详细描述提供必要的图表。第四部分说明了不同的片装总线协议之间的比较。在短暂Vconcludes部分上。

ARM开发了安巴[9]和安巴阿喜协议[3]中常用的各种行业。许多协议已经由不同的公司如叉骨巴士从Silicore公司和Opencores [4];开放核心协议[5](OCP Int。伙伴关系和CoreConnect从IBM [10]。每个协议都有自己的意义和应用根据系统应用的需要。许多研究正在协议以优化方面的协议功耗和硬件连接。

不同的芯片系统总线协议

以下是常用的工业总线协议。他们列出如下,在简短的解释。

1。安巴

2。安巴阿喜

3所示。叉骨总线

4所示。开放核心的协议

5。CORECONNECT总线

6。MSBUS协议

1)安巴

先进的单片机总线架构由臂(AMBA)规范定义了一个片上通信标准的要求设计高性能嵌入式微控制器。安巴包括先进的高性能总线的三个巴士(AHB),先进的系统总线(ASB)和先进的外围总线(APB) .Fig。1显示了一个典型的安巴的基础架构。它由一个主干总线有能力维持外部内存带宽的片上内存,CPU和其他直接内存访问(DMA)设备。

AHB主要用于高性能,高时钟频率系统模块。它作为主干总线的高性能系统。它支持多个总线主人,提供了高带宽业务和支持有效连接的处理器、芯片外外部存储器接口和芯片上的记忆与低功耗外围宏单元的功能。它实现了破裂转移等特性,分离交易,单总线主控交接,单个钟的边缘操作,non-tristate实现和更宽的数据总线配置(64/128位)。AHB主人,AHB奴隶,AHB仲裁者,AHB AHB译码器是主要的组件。

安巴的ASB专门为高性能系统模块定义另一个系统总线可每当AHB的高性能特征并不是必需的。ASB实现大部分的功能需要高性能的AHB随着破裂转移,管线式转移操作和多个总线主控。ASB系统设计由ASB的主人,ASB奴隶,ASB的仲裁者,ASB解码器。

安巴APB充当当地二级总线用于低功耗外设和封闭是一个AHB或ASB奴隶设备。安巴APB优化最低功耗和降低界面复杂性为了支持外围功能。安巴APB可用于界面任何外围设备在低带宽和它们不需要高性能的管线式总线接口。APB的高级版本,所有信号转换只有上升边相关的时钟。它使APB外围设备很容易集成到任何设计流程等许多优点高频操作,简化的静态时序分析使用一个时钟,等。一个安巴APB由单一的APB桥需要转换ASB或AHB奴隶设备转移到特定格式APB总线负责握手和控制信号以代表当地的外围总线。桥是锁所有的函数地址、数据和控制信号,并提供一个二级的解码生成奴隶为APB外围设备选择信号。另一个模块的APB APB奴隶。[9]

2)安巴阿喜

手臂的安巴阿喜协议的目的是在高性能、高频系统设计,包括一系列的特性适合高速亚微米互联。AXI协议等关键特性提供了单独的地址/控制和数据阶段,支持对齐数据传输使用字节闪光灯,burstarchitecture和设计的系统只与起始地址的基础交易,独立的读和写的数据通道,以确保低成本直接内存访问(DMA),多个优秀地址能力问题,无序的事务完成,容易增加注册阶段提供定时关闭。

AXI协议的通用架构图2所示。它由阿喜的主人,奴隶和互连/仲裁者。AXI主负责启动传输总线而AXI奴隶响应请求发起的主人。AXI仲裁者有能力采取多个大师一次,断定公车使用可配置的优先配屋计划。从图2,该协议提供了一个接口定义用于描述接口之间的互连;奴隶和主人和奴隶之间的互连和。

burst-based AXI协议。在这个协议,每个事务都有地址和控制信息地址通道描述要传输的数据的类型。主人和奴隶之间传输数据使用写数据通道奴隶或读取数据到主频道。在写事务中,所有的数据流从主人的奴隶,AXI协议额外写反应通道允许奴隶信号主写事务的完成。图3描述了一个读事务使用读地址和读取数据通道。

视图描述了如何使用写地址,写事务写入数据,编写响应渠道。阿喜协议支持变长破裂,从1到16数据传输/破裂;迸出8 - 1024比特的传输大小;包装、递增和固定脉冲;系统级缓存和缓冲控制和安全访问权限;原子操作,使用异或锁访问。[3]

3)叉骨总线

的灵活使用半导体IP核的设计方法是叉骨SoC (SoC)互连架构Opencores和Silicore公司便携式IP核。其主要目的是培养设计重用通过克服soc集成问题。这是通过创建一个公共接口IP核之间提高了系统的可靠性和可移植性,并为最终用户导致更快的上市时间。最初,IP核使用非标准互连方案,难以整合。通过采用一个标准的互连方案,核心可以集成在快速和简单的方式最终用户。叉骨互连的目标是作为一个通用接口,定义了标准的IP核心模块之间的数据交换。叉骨互连使得soc和设计重用容易通过创建一个标准的数据交换协议。

叉骨由两个接口,称为主人和奴隶。主界面是IPs能够启动总线周期,而奴隶接口能够接受总线周期。硬件实现都具有兼容各种类型的互连拓扑等纵横开关互连(图5),数据流连接(图7),点对点互连(图7),和共享总线互连(Fig.8)。

纵横开关互连机制允许模块连接和沟通。每个连接通道可以并行操作的其他连接通道,从而使纵横开关本身的速度比传统的总线方案。数据流连接时使用数据处理的顺序。这里,每个IP核心界面主人和奴隶。数据流从一个到另一个核心的核心,有时被称为流水线。它们用于linearsystolic阵列架构的实现DSP算法。点对点互连连接叉骨单一主人与奴隶。共享总线互连连接两个或两个以上的主人和一个或更多的奴隶。在这种情况下主发起一个总线周期目标的奴隶。目标奴隶然后参加一个或多个总线与主循环。

它包括功能,如简单、紧凑、逻辑IP核心硬件接口,需要很少的逻辑门;全套的数据传输总线协议包括读/写周期,块传输周期和RMW周期;模块化的数据总线宽度和操作数的大小;同时支持小端字节和大端字节数据排序;支持单时钟数据传输;支持正常的重试终止,循环终止和终止由于错误;用户定义的标记是有用的申请信息地址总线,总线周期或数据总线;主/从架构非常灵活的系统设计;多处理功能,允许各种芯片系统配置;仲裁方法,如优先级仲裁者,循环仲裁者等由最终用户定义。[4]

4)开放核心协议

开放核心协议((OCP) (OCP,国际伙伴关系,定义了一个高性能和总线之间独立接口IP核可以是一个简单的外围核心,高性能微处理器、也可以是一个片上通信子系统如包装片上总线,降低设计风险,时间,SOC设计和制造成本。开放的核心协议重用IP设计通过将IP核,使其独立于使用它们。它优化模区域通过配置(OCP接口,简化了系统验证和测试通过提供一个公司边界周围每个IP核心可以观察到,控制,和验证。(OCP类似于虚拟联盟的套接字接口(VSIA)虚拟组件接口(VCI)。开放的核心协议因此,接口地址之间的通信功能单元(或IP核),结果在系统芯片。图9描述了SoC设计基于(OCP协议,一个简单的系统包含一个包裹总线和三个IP coreentities:一个是一个系统的目标,是一个系统启动程序,anentity既。

开放的核心协议提供的点对点同步接口等功能;总线独立;命令,如阅读和写作有五个命令扩展;8位字节(八位字节)地址空间;支持可配置的数据宽度同时允许多个字节转移;支持流水线的转移;支持突发传输;现在标记(OCP界面控件响应的顺序;支持多个线程的概念和支持边带或带外信号。[5]

5)CORECONNECT总线

CoreConnect总线体系结构是由IBM开发的简化处理器的集成和重用,在标准产品系统,外围核心和VLSI设计。Fig.10显示CoreConnect总线架构。

这个体系结构允许集成定制使用核SOC设计根据给定的设计规范和奠定了基础IBM的蓝色LogicCore库或其他非IBM设备。thisarchitecture包含的主要元素的多主机处理器本地总线(拉钮),同步和提供高带宽的能力;片上外围总线(OPB),一辆公共汽车桥,它能够执行完全同步操作,动态公交上浆,单独的地址和数据总线和多个OPB总线主人;和一个设备控制寄存器(DCR)总线提供完全同步运动的CPU和奴隶之间探地雷达数据逻辑。整个系统性能增加了连接高性能外围设备高带宽,低延迟拉钮和慢OPB外围核心,从而减少交通拉钮。开放式体系结构总线标准;32位的,64年,128位版本支持各种各样的应用程序;启用IP重用在多个设计和免费,no-royalty许可CoreConnect总线架构的一些高级特性。[10]

6)MSBUS协议

MSBUS包括一个主总线(生产部)用一个主可微处理器和从总线(单位)和一个奴隶,可以一个内存控制器。生产部是控制总线定义单独的传输模式和至少一个周期命令和一个周期的数据。生产部是定义了单大师,它不需要任何仲裁。它负责低速和低带宽功能寄存器操作。它有助于减少接口的复杂性和功耗为基本单词数量的电线大小数据总线与其他芯片上的协议相比可以说是微不足道的。生产部协议的时间图是图11所示。信号m_addr_wdata mbusa中创建一个共享总线读地址,写地址和写数据信息。生产部中定义的一个有效信号s_vld用于请求承认需要同步主从时钟域信号之间的交叉,避免命令FIFO溢出。生产部协议中定义的响应延迟计时器是为了检测命令错误。该命令显示为“错误”如果当前响应超时并重试或丢弃的主人。

单位是一个数据总线负责高速和高带宽的数据传输。两个握手信号m_req s_gnt定义在全局,确保只有一个主占据了一次读或写通道。全局信号分为五个包:命令由转移方向,大小,和初始addressinformation;写包;面具数据包写入数据表明当前单词的有效字节单元写入数据;阅读datapacket;和响应包这表明当前写入数据就绪或读取数据是有效的。业务单位协议的timingdiagram Fig.12所示。

死伤的主要特征是,它支持数据块传输显示的数据大小信号,最重要的一点。len(10:0)为例。如果len[10]被认为是逻辑1,当前的转移是一个块传输,len(九)表示块的宽度和高度的len(5:0)表示。否则,它被定义为一个线性转移和所有其他10位信号表示总的传输大小。传输模式确保每个内存块边界跨越命令可预测和可计算的硬件。因此,软件配置和总线命令的时间消耗是降低。

Fig.13显示典型的MSBUS SoC架构。MSBUS是一个双总线结构。控制总线是命名为大师——公共汽车,因为只有一个主themicroprocessor位于生产部,同样,数据总线被命名为奴隶——公共汽车,因为只有一个奴隶位于布通过DMA控制器。如图13所示,所有的外围设备,如UART计时器,串行Flash和GPIO, I2C设备生产部奴隶。他们配置softwarethrough直接生产部。另一方面,所有的设备,如USB,蓝牙,无线是全局的大师和访问的唯一奴隶memorythrough死伤。

下面的表显示了比较SoC巴士w.r。t特性,比如拓扑,仲裁,总线宽度等。

结论

在这短暂的,我们所做的这项调查不同的芯片上的协议以及它们的功能和体系结构。一个描述性对比各种芯片上的协议。MSBUS是有效的协议,因为它可以有效地传输的数据块从而减少硬件资源和能耗最小。这可以验证通过实现基于MSBUS的DMA在RTL HDL和比较相同与其他协议通过考虑各种参数如传输时间消费,线效率,有效数据带宽,动态能源效率和功耗。这是通过建立普遍的验证方法(UVM)鉴于MSBUS SoC架构通过集成各种现成的可配置代理,如I2C GPIO, USB,蓝牙控制器到试验台,通过应用各种测试用例。