APB总线详解及手撕代码 |
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APB总线详解及手撕代码
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本文的参考资料为官方文档AMBA™3 APB Protocol specification 文档下载地址： https://pan.baidu.com/s/1Vsj4RdyCLan6jE-quAsEuw?pwd=w5bi 提取码：w5bi APB端口介绍介绍总线具体握手规则之前，需要先熟悉一下APB总线端口，APB的端口如下： 
大体可以分为以下三组： 系统信号：PCLK（系统时钟）、PRESETn（系统复位，低有效） master信号：PADDR（地址信号，确定读写的地址）、PSELx（片选信号，拉出来接给搭载APB总线的slave，选中slave时，PSELx信号拉高）、PNEABLE（使能信号，在PSELx拉高一个周期后，必定拉高）、PWRITE（写使能信号，PWRITE为高时写有效，为低时读有效）、PWDATA（写数据） slave信号：PREADY（ready为高时，代表着一次APB数据传输的结束）、PRDATA（读数据）、PSLVERR（错误数据，由slave发出，具体逻辑由slave内部决定，当slave发现内部逻辑出现故障，譬如状态机状态出错、计数器数字异常等，slave都可以使用内部逻辑把该信号拉高，使得master接收到PSLVERR为高时，哪怕ready拉高表示APB结束了，也可以使master放弃该次传输或做出其他应对策略）。 APB写传输
如文档所示，APB的写分为两种情况：①没有等待状态的写；②有等待状态的写。 APB和AHB最大的不同就是APB不采用pipeline形式的写读方式，因此对于APB协议来说，最快的写入或者读出一个数据的周期是两周期，先给地址，再写数据；或者先给地址，再读数据。APB 协议文档中，将上述这种传输方式分为两个阶段（phase），给地址的阶段称为Set up phase；紧接着下一周期PENABLE信号拉高，标志着进入写/读数据的阶段，该阶段称为Access phase。 Write with no wait states
一次没有等待状态的写传输如上图所示，计划写数据时，第一周期PSEL拉高，表示选中某个slave，同时给出地址信息Addr1和写入数据信息Data1，紧接着下一周期，PENABLE信号拉高，PREADY信号也拉高，这时数据写入完成。 
没有等待状态的APB连续写波形如上所示（代码见后文），笔者将数据分为了两组，group1为APB slave的端口信号，group2为APB接的单端口SRAM信号。在第一个周期，也就是Setup phase，psel信号拉高，表示slave被选中，值得注意的是此时要将SRAM的写信号和使能信号同步拉高，因为我们写的是一个no wait states的APB接口，数据要在第二周期写进SRAM的话，就需要提前一拍拉高使能信号和写信号。然后到了第二周期，penable信号拉高，pready信号也拉高标志着这一次APB传输的结束。另外，也正是因为在setup phase我们把SRAM的en信号和we信号拉高了，因此在access phase数据传输结束的同时，数据也被写入到SRAM中。 Write with wait states
在文档中，对有等待周期的APB写传输描述如上，即： 一开始的setup phase和write with no wait没有区别，psel拉高，penable为低；紧跟着第二周期，penable拉高之后，进入access phase，进入access phase之后，penable不会拉低，直到pready为高标志着一次传输结束时，penable才会随着pready一起拉低。penable等待pready拉高的这段等待时间为additional cycles，在这个阶段PADDR、PWRITE、PSEL、PENABLE、PWDATA都应该保持不变，可以说总线被hold住了。 APB读传输
APB的读传输也分为两种情况：①没有等待状态的读；②有等待状态的读。 Read with no wait states
一次没有等待状态的读传输如上图所示，读状态和写状态不同，写数据时PWRITE=1，读数据时应该令PWRITE=0计划读数据时，第一周期PSEL拉高，表示选中某个slave，同时给出地址信息Addr1，紧接着下一周期，PENABLE信号拉高，PREADY信号也拉高，这时数据被读出，master接受到读出数据PRDATA。 
上图为连续读的APB传输波形图，从第一次读数据可以看到，随着psel信号拉高，PWRITE=0标志着为读状态，此时传入地址给APB的SRAM，SRAM端口en=1，we=0标志着SRAM为读模式，数据在下一周期从SRAM给到prdata。 这边还要提一个APB的特点，也是大多人容易忽略的点，APB总线完成一次读传输或者写传输之后，PADDR和PWRITE不会改变，会一直维持到下一次的传输，这可以减少功耗。spec中描述如下： 
手撕代码
笔者写了一个Write和Read都是with no states的APB SRAM，因为含有SRAM部分，所以在apb_sram中需要例化一个单端口ram，单端口ram代码如下： dpram module spram_generic#( parameter ADDR_BITS = 7, //outside input 10 parameter ADDR_AMOUNT = 128, //outside input 1024 parameter DATA_BITS = 32 //outside input 32 )( input clk , input en , input we , input [ADDR_BITS-1:0] addr , input [DATA_BITS-1:0] din , output reg [DATA_BITS-1:0] dout ); reg [DATA_BITS-1:0] mem [0:ADDR_AMOUNT-1]; always @(posedge clk)begin if(en)begin if(we == 1'b1)begin mem[addr] |
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