【博文连载】奔跑吧，SOC（三）——互联总线协议

之前，说了片上互联总线，但是光有总线可是不行的，还需要片上总线协议支持才行，因为有了协议，才能对寄存器准确无误的进行操作。

说到片上总线协议，那可就多了，如ARM公司所用的AMBA总线，Silicore公司的wisbone总线，altera的avalon总线等。关于这些总线的知识，可以自行百度之。

片上总线协议，看着似乎很高级，其实就是一个约定双方通信的方式。有了这个通信的方式，双方就可以准确无误快速的进行通信了。

以下以ARM公司的AMBA总线为例说明，因为只对这个总线有研究过。不过只要对一种片上总线有了解，学习其他的片上总线很容易就学会了。

AMBA现在主要是有3种总线协议

1、  AHB

2、  APB

3、  AXI

目前xilinx的zynq芯片使用的片上互联总线协议就是AXI4，比较高级的总线协议。

下面以APB总线来说明，因为这个协议是3个里面最简单的一个。

之前，有提出一个问题，CPU对寄存器操作，只能是在一个时钟内操作，但是如果对某些寄存器的操作需要若干个时钟周期呢，就需要将流水线暂停，直到对寄存器操作完成后，再开启流水线，执行之后的指令，但是CPU怎么知道什么时候流水线暂停，什么时候流水线开启了，就要借助APB协议了。

先来看看APB协议的接口：

光看这个接口信号，估计是没有什么感觉了，但是看看时序图，就很好理解APB协议了。

因为对寄存器的操作有读和写过程，所以APB协议也分成了读传输和写传输。

对于读传输：

从时序图能看出什么来了吗？

对于读来说，PWDATA信号是没有用的。PADDR是地址，根据之前说的，这个地址就是寄存器的地址，第二个PWRITE，读写信号，因为是读，所以为0，表示现在是读操作。第三个PSEL信号，片选信号，就是上一篇博客说的总线互联出来的寄存器使能信号。PENABLE信号，用来表示传输开始。

因为读数据，有可能需要多个时钟才能读取到数据，所以对于寄存器来说，有个信号PREADY，这个信号方向是寄存器到CPU的，用来表明数据读取是否有效，当为高的时候，CPU读取寄存器数据有效。

所以对于CPU来说，当要读取外部寄存器的数据时，首先将流水线暂停，按照APB协议规定读传输的方式，产生PADDR,PWRITE,PSEL,PENABLE信号。然后就等待PREADY信号，一旦为高，说明读取数据成功，将数据从PRDATA读走，结束读传输，然后再启动流水线。

对于写传输：

只要理解了读传输了，写传输也是很好理解的。

因为是写，所以不关心PRDATA信号。上面几个信号和读传输的一样，只是多了一个PWDATA信号，这个就是写入到寄存器的数据。同样，对于写来说，有可能写需要多个时钟周期才能把数据写入到寄存器中，所以和读传输一样，使用PREADY信号来指明，数据是否可以成功写入，当为1，就说明数据可以成功写入，CPU就不用再等待了。

所以对于CPU来说，当要写外部寄存器的数据时，首先将流水线暂停，按照APB协议规定写传输的方式，产生PADDR,PWRITE,PSEL,PENABLE,PWDATA信号。然后就等待PREADY信号，一旦为高，说明写数据成功，就结束写传输，然后再启动流水线。

当然APB协议还有些其他的接口，不过这些接口是扩展某些功能用的，你可以选择不使用了。

有了上面的这套协议机制，那么CPU对外部寄存器的操作就可以达到准确无误了。当加入了总线协议后，CPU就不是简单的发出地址总线和数据总线了，这个时候控制总线就出场了。控制总线就是所使用互联总线协议中规定的一些必须信号的集合。

对于APB协议，因为该协议比较简单，所以控制总线协议也比较简单，就PADDR,PWRITE,PSEL,PENABLE, PREADY这几个信号，但是如果用上其他协议，那控制总线就复杂了，例如，对于AXI4协议，有5个通道，接口有几十个，那就比APB要复杂多了。