2.2 AMBA APB规范

APB属于AMBA 3协议系列，它提供了一个低功耗的接口，并降低了接口的复杂性。APB接口用在低带宽和不需要高性能总线的外设上。APB是非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，这样可以简化APB外设的设计流程，每次传输至少消耗两个时钟周期。

APB可以与AMBA高级高性能总线和AMBA高级可扩展接口连接。

2.2.1 AMBA APB写传输

AMBA APB写传输包括两种类型：无等待状态写传输和有等待状态写传输。

1.无等待状态写传输

图2.1给出了一个无等待状态写传输的时序图。在时钟上升沿后，改变地址、数据、写信号和选择信号。

（1） T ₁ 周期。写传输开始于地址总线信号PADDR、写数据信号PWDATA、访问方向信号PWRITE和选择信号PSEL。这些信号在PCLK的上升沿寄存。 T ₁ 周期称为写传输的建立周期。

（2） T ₂ 周期。在PCLK的上升沿寄存使能信号PENABLE和准备信号PREADY。

①当确认时，使能信号PENABLE表示传输访问周期的开始。

②当确认时，准备信号PREADY表示在PCLK的下一个上升沿，从设备可以完成传输。

（3）地址总线信号PADDR、写数据信号PWDATA和控制信号一直保持有效状态，直到 T ₃ 周期完成传输后，结束访问周期。

（4）在传输结束后，使能信号PENABLE变成无效状态，选择信号PSEL也变成无效状态，除非相同的外设立即开始下一次传输，这些信号才重新有效。

2.有等待状态写传输

图2.2说明了从设备如何使用准备信号PREADY扩展传输。在访问周期内，当使能信号PENABLE为高电平时，可以通过拉低准备信号PREADY来扩展传输。

下面的信号保持不变。

（1）地址总线信号：PADDR。

（2）访问方向信号：PWRITE。

（3）选择信号：PSEL。

（4）使能信号：PENABLE。

（5）写数据信号：PWDATA。

（6）写选通信号：PSTRB。

（7）保护类型信号：PPROT。

当使能信号PENABLE为低电平时，准备信号PREADY可以为任何值。确保外部芯片使用两个固定周期，使准备信号PREADY为高电平。

2.2.2 AMBA APB读传输

AMBA APB读传输包括无等待状态读传输和有等待状态读传输两种总线类型。

1.无等待状态读传输

图2.3给出了无等待状态读传输的时序图。其中给出了地址总线信号PADDR、访问方向信号PWRITE、选择信号PSEL和使能信号PENABLE等。在读传输结束以前，从设备必须主动提供数据。

2.有等待状态读传输

图2.4给出了在读传输中，使用准备信号PREADY添加两个周期。在传输过程中，也可以添加多个周期。如果在访问周期内拉低准备信号PREADY，则可扩展读传输。协议保证在额外的扩展周期内，下面的信号保持不变。

（1）地址总线信号：PADDR。

（2）访问方向信号：PWRITE。

（3）选择信号：PSEL。

（4）使能信号：PENABLE。

（5）保护类型信号：PPROT。

2.2.3 AMBA APB错误响应

在传输过程中，可以使用PSLVERR信号来指示APB传输的错误条件。在读和写的交易过程中，可能发生错误条件。

在一个APB传输的最后一个周期内，只有在PSEL、PENABLE和PREADY信号都为高电平时，PSLVERR信号才是有效的。

当外设收到一个错误的交易时，外设的状态可能发生改变，写交易并不意味着没有更新外设内的寄存器，读交易能够返回无效的数据。对于一个读错误，并不要求外设将数据总线驱动为0。

1.写传输和读传输的错误响应

图2.5给出了一个写传输失败的例子，图2.6给出了一个读传输失败的例子。

2.PSLVERR映射

1）从AXI到APB

将一个APB错误映射为RRESP/BRESP=SLVERR，通过将PSLVERR映射为RRESP[1]信号（用于读）和BRESP[1]信号（用于写）来实现该映射。

2）从AHB到APB

对于读和写，将PSLVERR信号映射为HRESP=SLVERR，通过将PSLVERR信号映射为AHB信号HRESP[0]来实现该映射。

2.2.4 操作状态

图2.7给出了APB的操作状态。

1.IDLE

IDLE表示空闲。这是默认的APB状态。

2.SETUP

SETUP表示建立。当请求传输时，总线进入SETUP状态，设置选择信号PSELx。总线仅在SETUP状态停留一个时钟周期，并在下一个时钟周期进入ACCESS状态。

3.ACCESS

ACCESS表示访问。在ACCESS状态下置位使能信号PENABLE。APB在从SETUP状态到ACCESS状态转变的过程中，地址总线信号、写信号、选择信号和写数据信号保持不变。APB是否从ACCESS状态退出由器件的准备信号PREADY控制。

（1）如果准备信号PREADY为低电平，则保持ACCESS状态。

（2）如果准备信号PREADY为高电平，则退出ACCESS状态。如果此时没有其他传输请求，则总线返回IDLE状态；否则进入SETUP状态。

2.2.5 AMBA 3 APB信号

表2.2给出了AMBA 3 APB信号及其描述。