Ключев А.О., Ковязина Д.Р. и др. Интерфейсы периферийных устройств
Подождите немного. Документ загружается.
120
Рис. 67. Передача данных с тактами неготовности.
В отличие от предыдущего рисунка здесь хорошо видно, что во втором и
третьем тактах шины сигнал HREADY равен нулю. Такты неготовности
используются для того, чтобы синхронизировать быстрое главное устройство и
более медленное подчиненное.
Рис. 68. Пример различных типов обмена на шине.
В зависимости от состояния сигнала HTRANS[1:0] может быть выделено
четыре типа передач на шине:
1. IDLE. Передача данных не требуется.
2. BUSY. Позволяет вставлять IDLE циклы в середину пакетной передачи.
3. NONSEQ. Индицирует начало одиночной или пакетной передачи. Адрес
установленный в предыдущем цикле шины игнорируется.
121
4. SEQ. Показывает, что адрес в новом цикле шины инкрементируется на
1, а сигналы на шине управления такие же.
Тип пакетной передачи определяется сигналом HBURST[2:0]. Существует
8 вариантов пакетной передачи:
1. SINGLE (000) – одиночная передача.
2. INCR (001) – инкрементная передача с неизвестной длиной.
3. WRAP4 (010) – циклическое окно на 4 адреса.
4. INCR4 (011) – инкрементная передача на 4 адреса.
5.
WRAP8 (100) – циклическое окно на 8 адресов.
6. INCR8 (101) – инкрементная передача на 8 адресов.
7. WRAP16 (110) – циклическое окно на 16 адресов.
8. INCR16 (111) – инкрементная передача на 16 адресов.
Режим WRAP (циклическое окно) позволяет работать циклически, по
кругу, в заданном окне адресов. Режим INCR предполагает простой инкремент
(прибавление на единицу) адреса в каждом цикле шины.
Рис. 69. Пример использования режима WRAP4.
122
Рис. 70. Пример использования режима INCR4.
При передаче данных сигнал HWRITE становится активным (переводится
в логическую «1»). В зависимости от состояния линий HSIZE[2:0] передаваться
за один раз может 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 или 1024 бита данных. Эти биты
(HSIZE) работают совместно с сигналами HBURST.
Рис. 71. Выбор подчиненного устройства с помощью сигналов HSEL.
Сигнал HPROT[3:0] определяют уровень защиты передаваемой
информации: код операции, доступ к данным, пользовательский доступ,
привилегированный доступ и так далее.
Выбор подчиненного устройство происходит с помощью декодера адреса,
формирующего сигналы HSEL.
123
Сигнал HREADY используется для информирования главного устройства о
завершении или продолжении передачи данных. Если уровень этого сигнала
активный, то передача данных завершена.
Рис. 72. Пример использования сигнала HRESP.
Сигнал HRESP[1:0] используется для подтверждения транзакции. Его
значениями могут быть: OKAY – транзакция завершена успешно, ERROR –
ошибка, RETRY – повторить попытку, SPLIT – данные переданы не полностью.
Сигналы HWDATA[31:0] используются для передачи данных от главного
устройства к подчиненным.
Сигналы HRDATA[31:0] используются для передачи данных от
подчиненных устройств к главным.
Арбитраж используется для того, чтобы только один мастер имел доступ к
шине
в один момент времени. Рассмотрим основные сигналы:
• HBUSREQx – запрос шины у арбитра шины.
• HLOCKx – сигнал, выставляемый мастером и означающий захват шины.
• HGRANTx – сигнал, выставляемый арбитром и обозначающий, что
мастер получил доступ к шине.
• HMASTER[3:0] – сигнал показывающий номер мастера, захватившего
шину.
124
Рис. 73. Пример арбитража.
На рисунке видно, что в первом такте шины главное устройство
выставляет сигнал запроса шины HBUSREQx. В третьем такте арбитр
подтверждает захват шины сигналом HGRANTx. На четвертом такте арбитр
выставляет сигнал HMASTER с номером главного устройства, захватившего
шину.
3.6.2 Системный интерфейс AMBA ASB
AMBA ASB (Advanced System Bus) является системным интерфейсом и
предназначен для использования в высокопроизводительных 16- и 32-
разрядных микроконтроллерах. Интерфейс
позволяет связать процессор,
встроенную и внешнюю память. В AMBA ASB заложена тестовая
инфраструктура. AMBA ASB использовался в микроконтроллерах с
процессорными ядрами ARM7TDMI, ARM 920 и ARM940. В настоящее время
этот интерфейс используется сравнительно редко, вместо него обычно
используют более производительный AMBA AHB.
В AMBA ASB поддерживается множество ведущих устройств и пакетная
передача. Шина ASB является более простой, по сравнению с AMBA AHB.
Коренными отличиями является двусторонняя
шина данных (в AHB для данных
есть отдельные шины, предназначенные для записи и чтения), более узкая шина
данных (32 разряда), не поддерживается раздельная (SPLIT) передача данных.
Рис. 74. Типичная система, построенная на базе AMBA ASB.
125
Система с шиной AMBA ASB (AHB) обычно содержит следующие
компоненты:
• ASB-ведущий (мастер). Мастер инициирует операции чтения и записи
посредством подачи адреса и управляющих сигналов. Только один
мастер в определенный момент времени может быть активным.
• ASB-ведомый (слейв). Ведомый отвечает на операции чтения и записи в
заданном адресном пространстве. Ведомый сигнализирует активному
мастеру в случае успешного, ошибочного обмена данными или в случае
ожидания.
• ASB-дешифратор. Выполняет дешифровку адресов и выбирает
соответствующего ведомого. Дешифратор также гарантирует, что шина
остается в рабочем состоянии, когда никакого обмена не производится.
• ASB-арбитр. Арбитр гарантирует, что только одному мастеру в данный
момент времени позволяется инициировать обмен
данными. И хотя
протокол разрешения доступа к общей шине зафиксирован, любой
алгоритм разрешения конфликтов может быть реализован в зависимости
от требований области применения.
В шине возможны три основных состояния:
• NONSEQUENTIAL (N-TRAN)– используется для одиночных передач
или первой передачи данных в пакете.
• SEQUENTIAL (S-TRAN) – используется при пакетной передаче данных.
• ADDRESS-ONLY – используется, если
нет необходимости в передаче
данных.
126
Рис. 75. Одиночная (NONSEQUENTIAL) передача данных.
Рассмотрим основные сигналы шины:
• BCLK – сигнал тактового генератора.
• BD[31:0] – шина данных.
• BA[31:0] – шина адреса.
• BWRITE – сигнал запись/чтение.
• BTRAN[1:0] – тип передачи (NONSEQUENTIAL, SEQUENTIAL,
ADDRESS-ONLY).
• BSIZE[1:0] – размер передаваемых данных.
• DSELx – выбор устройства.
Рассмотрим взаимодействие нескольких главных устройств через арбитр
шины:
• Главное устройство выставляет сигнал AREQx, означающий запрос на
захват шины.
•
Арбитр считывает запрос от главного устройства.
• Если сигнал BLOCK пассивен, то арбитр разрешает захват шины
главному устройству, выставляя сигнал AGNTx. В противном случае,
если сигнал BLOCK активен, разрешение на захват шины не выдается.
127
Рис. 76. Арбитраж в мультимастерном режиме работы шины AMBA ASB.
Интерфейс подчиненного устройства на шине AMBA ASB имеет
следующий вид:
Рис. 77. Интерфейс подчиненного устройства для AMBA ASB.
3.6.3 Периферийный интерфейс AMBA APB
Интерфейс AMBA APB (Advanced Peripheral Bus) является частью
иерархии интерфейсов AMBA и предназначен для объединения периферии,
используемой в микроконтроллерах. Интерфейс AMBA APB используется
практически во всех современных микроконтроллерах с ядром ARM.
128
Цель создания интерфейса – минимизация потребляемой мощности и
упрощение архитектуры вычислительной системы.
Рис. 78. Типичный микроконтроллер с периферийными контроллерами, подключенными к шине AMBA
APB.
Интерфейс AMBA APB инкапсулирован в одном подчиненном устройстве
шин AMBA AHB или AMBA ASB. При использовании шины APB потребление
энергии значительно меньше, чем при прямом подключении контроллеров к
системной шине. Интерфейс APB имеет смысл использовать с такими
устройствами, в которых не требуется высокая пропускная способность шины
и пакетный режим работы. Примерами таких устройств могут быть:
контроллеры последовательного канала, таймеры
, контроллеры I2C, SPI, ЦАП,
АЦП, часов реального времени, сторожевого таймера и так далее.
Рис. 79. Фрагмент одной из шин APB в микроконтроллере NXP LPC 1768 на базе Cortеx-M3.
Единственным главным устройством (мастером) на шине APB является
мост. Все остальные устройства (контроллеры) являются подчиненными
устройствами.
129
Интерфейс AMBA APB может находиться в одном из трёх состояний:
• IDLE – устройство не готово, шина находится в исходном состоянии.
• SETUP – запущен процесс инициализации устройства.
• ENABLE – устройство готово к обмену.
Рис. 80. Три состояния шины AMBA APB.
Если требуется что-то передать по шине, мы должны выбрать устройство, с
которым мы будем общаться, с помощью сигнала PSELx. После получения
сигнала устройство производит инициализацию и выставляет на шину сигнал
PENABLE.
Циклы чтения и записи имеют вид, показанный на рисунке ниже.
Рис. 81. Цикл записи данных в шине AMBA APB.