基于AMBA的手机芯片SOC总线架构设计与应用

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北京大学硕士学位论文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。北京大学硕士学位论文I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AMBAMulti-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，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，地址译码器北京大学硕士学位论文IIAbstractWiththedevelopmentofmicro-electronicstechnology,especiallyprogressonSOCtechnology,itisgreatrequiredamoreflexibleon-chipbustoproperlyconnectsortsofIPmodules.Fortheon-chipbus,flexibilityisthekeytoreusebyenablingdeveloperstoselecttheoptimalarchitecturetoefficientlymeettheperformancerequirementsofawidevarietyofsystems.AMBAisanopenstandard,on-chipbusspecificationthatdetailsastrategyfortheinterconnectionandmanagementoffunctionalblocksthatmakesupaSystem-on-Chip(SOC).AMBAwillletdesignersmultiplythetotalbandwidthavailableinasystemwithoutchangingthebusinterfaceonexistingintellectualproperty(IP)cores.Sometimes,theSOCdesignertoselecttheoptimalcombinationofbusfrequencyandthenumberofchannels,usingtheAMBAMulti-layerarchitecture.TheAHBoftheAMBASystemBusconnectsembeddedprocessorssuchasanARMcoretohigh-performanceperipherals,DMAcontrollers,on-chipmemoryandinterfaces.Itisahigh-speed,high-bandwidthbusthatsupportsmulti-masterbusmanagementtomaximizesystemperformance.Thispaperisbasedontheresearchofon-chipbus’useinsmartphones’develop.ThispaperpresentsthedesignofAHBbusandBridgeinthesmartphoneafterstudyingandanalyzingtheAHBprotocol.TheworksmainlyincludethedesignofAHBandtheAHBArbitratorDevice,theAddressDecoders,theMultiplexers,theBi-directionalAHB-to-AHBBridge，zheAPBBridgeandtheconnectionofallIntellectualPropertyfortheapplicationofourmobilephone.KeyWords：AHBBridge,SOC,AHB,APB,master,slave,Arbitrator,Decoder北京大学硕士学位论文III目录摘要............................................................................................................................IAbstract.........................................................................................................................II目录..........................................................................................................................III第一章绪论..................................................................................................................11.1总线的发展历史与现状.................................................................................11.2IP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几种常用的片上总线比较..................................................................61.2.2.1IBM的CoreConnect总线........................................................61.2.2.2ARM的AMBA总线................................................................71.2.2.3Silicore的Wishbone总线........................................................81.2.2.4OCP-IP的OCP.........................................................................91.2.2.5Altera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.............................................................121.3.2AMBA总线协议的优势....................................................................121.3.2.1AMBA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课题的意义...................................................................................................14第二章AMBA总线架构分析...................................................................................152.1概述................................................................................................................152.2AMBAAHB总线协议..................................................................................152.2.1AHB总线简介...................................................................................152.2.2AHB总线系统互连结构...................................................................162.2.3AHB信号描述...................................................................................172.2.3.1AHB全局信号..............