什么是总线？首先，在学习AMBA总线之前，我们先对总线下一个定义。根据维基百科的定义：总线（Bus）是指计算机组件间规范化的交换数据（data）的方式，即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。根据chatgpt的解释：总线（Bus）是计算机中用于传输数据、地址和控制信号的一组共享的物理电线或逻辑路径。通过总线，不同的组件和设备可以相互通讯，并进行数据交换。计算机系统中的总线可以分为多种类型，如地址总线、数据总线、控制总线等，它们都有各自的作用和特点。总线的速度、宽度和时序等参数决定了计算机的性能和可扩展性。总线技术是计算机硬件设计的核心内容之一，也是高速、稳定、可靠的计算机系统的基础。

当我们谈到总线的时候，大致可以将其分为片上总线和片外总线。其中片外总线一般指的是两颗芯片或者两个设备之间的数据交换传输方式，包括UART、I2C、CAN、SPI等都可以纳入这一范畴。而AMBA总线为片上总线，即同一个芯片上不同模块之间的一种规范化交换数据的方式。基于片上总线，我们可以非常迅速的搭建SoC，AMBA总线在片上总线处于绝对统治的地位，对于芯片工程师而言，必须掌握AMBA总线。

对于总线而言，有以下比较重要的性能指标或者是概念需要掌握：

AMBA总线规格

AMBA的全称为Advanced Microcontroller Bus Architecture。AMBA为一系列的协议，其为ARM公司的知识产权。其定义了SoC各个模块之间是如何互联，如何通信的。虽然AMBA直接翻译过来为高级微控制器总线架构，但实际上其应用场景已经远远不止于微控制器上。下图为基于AMBA总线的一个互联架构。可以看到基于AMBA总线，可以快速的将各个模块连接起来。

前面已经提到，AMBA是一系列的协议。其最早由ARM于1996年提出，一经发出便取得了巨大成功。其发展历史如下图所示。由于AMBA发展时间很久，出现了多代产品。其中的某个协议的叫法也存在不同。因此有以下几点需要说明，AMBA“X”代表了第多少代协议：

APB1.0一般指的是2003年发布的AMBA3中的APB版本，也就是APB3。而APB2.0一般指的是2010年发布的AMBA4中的APB的2.0版，也就是APB4（是不是听到这里已经晕了，再结合图片看看）

对于AMBA协议，APB的信号都是以P开头，AHB的信号都是以H开头，而AXI的信号都是以A开头。

APB的全称为Advanced Peripheral Bus，高级外设总线。顾名思义，其设计之初的主要目的就是用该协议连接外设。但由于APB总线自发布至今已经过去了20多年了，因此以现在的眼光看，该总线没有什么高级一说，其连接的外设也往往是低速且低功率的外设，如I2C、UART、SPI等，除了连接低速外设之外，APB总线还广泛用于配置各种IP的寄存器（这些IP预留用户控制信号，由软件进行配置，这个时候就可以选择使用APB总线来配置这些寄存器）。此外为了使得APB能够容易的被整合进大部分的设计流程中，APB规定所有的信号必须在时钟的上升沿进行传递。

一个SOC的典型架构

下面简单介绍一下APB的发展历史，ARM公司于1998年发布了APB2，又于2003年发布了APB3，在2010年又发布了APB4。目前最常见的为APB3或APB4，其主要区别如下：

PREADY（Peripheral Ready）信号用于指示外设是否已经准备好接收或发送数据。当外设准备好时，它会将PREADY信号置为逻辑高电平，表示它已经可以接受或发送数据。主设备将等待该信号的出现，然后将数据发送给外设或者接收从外设发来的数据。

对于写操作而言，PREADY信号用于标志slave设备是否已经准备好接收这一笔数据。而对于读操作而言，PREADY信号用于标志slave设备是否已经准备好了要返回给Master的数据。 有了PREADY信号，从机就可以反压主机。因此PREADY这个信号可以说是非常的棒啊，它让主从之间的通信更加的可靠，也增加了从机的控制能力，不至于出现主机写的数据从机压根没收到或者从机没有准备好读数据，进而主机读到错误的数据的情况。 此外我再讲解一下为什么会出现从机没有准备好的情况。对于读操作而言，非常好理解，你要读的数据我还没准备好呢（可能正在运算），那我当然不能拉高PREADY，不然就给了你错误的数据了。只有我数据准备好的时候，我拉高PREADY，这样才能确保读不出问题。而写的话，这种情况往往出现在写特定的地址，这个时候外设本身要进行判断是否可以写，因此两个周期就完成不了，就暂时不能拉高PREADY，你的Master就必须要维持住。当PREADY拉高代表这一拍能够写进去了。因此主机也就可以不再维持原有的状态了。

PSLVERR（Peripheral Slave Error）信号用于指示外设是否存在错误。当外设在处理主设备的请求时遇到错误时，它会将PSLVERR信号置为逻辑高电平，通知主设备发生了错误。

用于从slave向master返回传输错误，这个错误是slave自己定义的，比如写了不允许写的地址，即非法地址访问。或者是访问超时了，slave回应不了了。就可以拉高这个信号，从而避免总线锁死。

PPROT（Peripheral Protection）信号用于实现外设的访问保护，保护外设不受未授权的访问和恶意攻击。

 对于CPU而言，可以工作在用户模式下也可以工作在特权模式下（比如RISC-V的USM三种模式）。对于支持trustzone的CPU，可以工作在secure world下，也可以工作在normal mode下。又由于现在的系统越来越复杂了，以前的外设是随意读写都可以，现在的一些外设或memory（比如一些CSR寄存器，Trusted RAM等）要求只能在secure下或者privileged模式下访问，因此就需要PPROT信号。

PSTRB（Peripheral Strobe）信号用于指示主设备传输的数据位（byte或者word）是否有效。主设备在传输数据时，需要使用PSTRB信号来标识传输的数据位是否有效，以确保外设可以正确接收和处理数据。 允许稀疏的写。其中的每一个比特对应于PWDATA的每一个字节。用1代表PWDATA的这一字节是否有效，其对应关系如下图所示

APB2的状态机

APB3/4/5的状态机

 状态机有以下几种状态:

 可以看到写操作非常的简单：

至此一次传输结束。可以看到，APB对每一笔数据的传输，需要花费两个时钟周期。且APB的数据传输不支持流水线操作（即不可以重叠）。因此APB是非常低效的。

理论上写数据完全可以同时给出写地址和写数据，一拍就搞定，为什么APB要大费周章弄成两拍呢？这主要是那个年代的芯片本身的制程工艺以及片上互连线导致的。一个周期可能无法完成从Master向Slave写入数据的整个操作流程。因此采用两拍的方式，第一拍告诉你，我要开始传输啦！（称为setup phase）第二拍才真正的完成数据的传输。（称为access phase）。

如果Master想要马上发起一次新的传输，可以不拉低PSEL让其继续为1，但是必须要将PENABLE拉低。否则Slave侧的判断逻辑就会出现问题！

由于APB向下兼容，这一历史遗留问题一直延续至今。不过好在APB应用的场景本身就是配置寄存器等操作，因此多花一个时钟周期也没什么大不了的。

可以看到读操作非常的简单，跟写几乎一样。这里就不再做详细的解释了。

要特别注意的是，T2以后，也就是进入ENABLE周期后，APB的SLAVE设备必须要将M所需要读取的数据准备好，以便M可以在ENABLE的周期末也就是T3正时钟沿触发时正确的将数据读取。

​上图是没有wait states的情况。两拍完成写操作。和APB2的区别在于多了个PREADY，需要在传输的第二拍也就是真正发生数据传输的那一拍拉高。其它的和上面的写时序是一模一样的，因此不再讲解。

  我们再看看有wait states的情况，上图四拍才完成写操作。此时setup还是一个周期（从T1->T2），而access是三个时钟周期（从T2->T5）。可以看到主机的信号应该保持不变，一直持续到从机的PREADY信号拉高以后，等待拉高以后的这一拍完成传输，才可以改变其它的信号。（即T1->T5这段过程，PADDR、PWRITE、PSEL、PWDATA都应该保持不变）。   

读写操作进行中PSLVERR信号拉高，表明此次写/读操作有误，所写入/读取的数据未正确写入/读取。

以APB4的slave和APB3的master为例，这个时候应该把PSTRB信号固定为全1，PPROT信号则取决于Slave是如何使用该信号的，根据不同的场景固定为不同的值。

而APB3的slave和APB4的master相连接，这个时候实际上需要一个转接桥，因为本身可能只想写某一个字节，而slave此时不支持也不知道，那就需要一个中间逻辑将pwdata变成想要的值。（比如读回来时32'h2345，想将最高字节改写为6，此时只写一个32'h6000，PSTRB为1000，标志别的字节不要动。这个时候就需要一个中间逻辑将写的数据变成32'h6345）。实际上写起来也很麻烦，因此此时最好将APB3的slave改成APB4协议。

至于APB3和APB2不建议一起用，因为APB2没有PREADY反压机制，因此实际使用起来完全不一样，强行一起用会有巨大的坑。

待补充

深入理解AMBA总线（二）APB slave设计https://zhuanlan.zhihu.com/p/624022715

AMBA总线协议（一）——一文看懂APB总线协议https://blog.csdn.net/vivid117/article/details/107511746