SoC片上五种总线标准的分析比较.doc

SoC片上五种总线标准的分析比较 （2008年6月） 摘要：随着SoC（片上系统）的快速发展，高速片上数据传输对片上总线的要求越来越高。本文在分析当前设计中常用的五种SoC 片上总线标准（ARM的AMBA总线、Silicore的Wishbone总线、IBM公司的CoreConnect总线、Altera的Avalon总线和OCP-IP设计的OCP 总线）的基础上，对它们的综合应用和性能进行了分析比较。 随着超大规模集成电路的迅速发展，半导体工业进入深亚微米时代，器件特征尺寸越来越小，芯片规模越来越大，可以在单芯片上集成上百万到数亿只晶体管。如此密集的集成度使我们现在能够在一小块芯片上把以前由CPU和若干I/O接口等数块芯片实现的功能集成起来，由单片集成电路构成功能强大、完整的系统，这就是我们通常所说的片上系统SoC（System on Chip）。它是以嵌入式系统为核心，以IP复用技术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。近10年来，无论是消费类产品如电视、录像机，还是通信类产品如电话、网络设备，这些产品的核心部分都开始采用芯片作为它们的“功能中枢”。 SoC片上总线尚处于发展阶段，不像微机总线那样成熟，目前还没有统一的标准，因此各大厂商和组织纷纷推出自己的标准，以便在未来的SoC片上总线标准中占有一席之地。目前，SoC总线架构有很多，本文就目前使用较多的五种SoC片上总线标准──ARM的AMBA总线、Silicore的Wishbone总线、IBM公司的CoreConnect总线、Altera的Avalon总线和OCP-IP设计的OCP总线进行了分析讨论，为大家使用提供一些参考。 1、SoC片上的五种总线标准 1.1 AMBA总线 AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线规范是ARM 公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准。它独立于处理器和制造工艺技术，增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性，非常适合于现代大规模集成电路设计自动化的要求。AMBA 总线规范是一个开放标准，可免费从ARM 获得。 目前，AMBA拥有众多第三方支持，被ARM公司90%以上的合作伙伴采用，在基于ARM处理器内核的SoC设计中，已经成为广泛支持的现有互联标准之一。 AMBA总线是一个多总线系统。它独立于处理器和制造工艺技术，增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性，规范定义了三种可以组合使用的不同类型的总线：AHB （Advanced High-performance Bus）、ASB（Advanced System Bus）和APB（Advanced Perip heral Bus）。典型的基于AMBA的SoC核心部分如图1所示。其中高性能系统总线（AHB或ASB）主要用以满足CPU和存储器之间的高带宽要求，CPU、片内存储器和DMA设备等高速设备连接在其上，而系统的大部分低速外部设备则连接在低带宽总线APB上。系统总线和外设总线之间用一个桥接器（AHB/ ASB-APB-Bridge）进行连接。 1.1.1 AHB AMBA的AHB适用于高性能和高时钟频率的系统模块。它作为高性能系统的骨干总线，主要用于连接高性能和高吞吐量设备之间的连接，如CPU 、片上存储器、DMA设备和DSP或其它协处理器等。AHB的关键是对接口和互连均进行定义，目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带宽。 1.1.2 ASB AMBA的ASB适用于高性能的系统模块。在不必要使用AHB的高速特性的场合，可选择ASB作为系统总线。它同样支持处理器、片上存储器和片外处理器接口与低功耗外部宏单元之间的连接。ASB是第一代AMBA系统总线，同AHB相比，它数据宽度要小一些，它支持的典型数据宽度为32位、64位。其主要特性与AHB类似，主要不同点是它读数据和写数据采用同一条双向数据总线。 1.1.3 APB AMBA的APB适用于低功耗的外部设备，它已经过优化，以减少功耗和对外设接口的复杂度，它可通过桥接器与AHB或ASB两种系统总线互联。APB是本地二级总线（Local Secondary Bus），通过桥接器和A HB或ASB相连。它主要是为了满足不需要高性能流水线接口或不需要高带宽接口设备的互连。APB只有一个APB桥，它将来自AHB/ASB的信号转换为合适的形式以满足挂在APB上的设备的要求。桥要负责锁存地址、数据以及控制信号。 1. 2 Wishbone总线 Wishbone 最先是由Silicore公司提出的，现在已被移交给OpenCores组织维护。由于其开放性，现在已有不少的用户群体，特别是一些免费的IP核，大多数都采用Wishbone标准。它的结构极其简单、灵活，又