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引言 片上系統(tǒng)是在單芯片上實(shí)現(xiàn)全部電子系統(tǒng)的集成，通過(guò)使多個(gè)設(shè)備集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的功能，減少甚至不再需要外部器件的使用，達(dá)到應(yīng)用功能的快速實(shí)現(xiàn)、靈活修改及方便升級(jí)。進(jìn)行片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的問(wèn)題是系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。為了提高開(kāi)發(fā)模塊的重復(fù)利用率，降低開(kāi)發(fā)成本，用戶采用了片上系統(tǒng)（芯片內(nèi)部）總線。與芯片間總線（如SPI、I2C、UART、并行總線）、板卡間總線（ISA、PCI、VME）、設(shè)備間總線（USB、1394、 RS232）不同的是，片上系統(tǒng)總線為用戶提供了一個(gè)堪稱“理想”的環(huán)境：片上系統(tǒng)模塊間不會(huì)面臨干擾、匹配等傳統(tǒng)問(wèn)題；但是片上系統(tǒng)的時(shí)序要求異常嚴(yán)格。 由于OPENCore和其它致力于開(kāi)放知識(shí)產(chǎn)權(quán)（OPEN Intellectual Property）的組織的大力推廣（開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了大量基于標(biāo)準(zhǔn)化片上總線的免費(fèi)模塊），用戶在片上系統(tǒng)總線的選擇上更傾向于采用那些標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化的方案。目前，業(yè)界采用比較多的標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化的總線方案包括：IBM 公司的CoreConnect、ARM的AMBA和Silicore公司的Wishbone。 1 三種總線的邏輯結(jié)構(gòu)圖及描述 1.1 IBM CoreConnect綜述 圖1是CoreConnect的邏輯總線結(jié)構(gòu)圖。 
從圖1可以看到CoreConnect定義了一個(gè)清晰的結(jié)構(gòu)，囊括了所有系統(tǒng)組件和它們之間的連接。它一共設(shè)計(jì)了3種總線和1個(gè)高性能總線與低性能總線連接的橋，分別是OPB、PLB、DCR總線和OPB橋。OPB總線連接外部設(shè)備；PLB總線連接處理器、外部高速緩存和高速存儲(chǔ)器，是解決處理器運(yùn)算瓶頸的總線；DCR總線將所有連接在PLB上的模塊通過(guò)雛菊花環(huán)的方式進(jìn)行互聯(lián)配置，通過(guò)它來(lái)分配配置信息，減少對(duì)OPB和PLB總線的帶寬占用；OPB橋?qū)崿F(xiàn)了PLB總線和OPB總線的互聯(lián)。因?yàn)镻LB和OPB的性能差異，所以設(shè)計(jì)中OPB橋在 OPB總線端相當(dāng)于一個(gè)主OPB設(shè)備，而在PLB總線端則相當(dāng)于一個(gè)從PLB設(shè)備。這樣在從PLB設(shè)備發(fā)出信號(hào)時(shí)，主OPB設(shè)備就根據(jù)它的可接收情況進(jìn)行分拆、重發(fā)等等。 1.2 ARM的AMBA綜述 圖2是AMBA的邏輯總線結(jié)構(gòu)圖。
從圖2可以看到，AMBA也設(shè)計(jì)了3種總線結(jié)構(gòu)和1個(gè)總線之間的橋。不同的是，AHB/ASB 總線是并列的關(guān)系。AHB/ASB總線都是系統(tǒng)總線，都可以實(shí)現(xiàn)與高性能設(shè)備的高速連接。ASB總線是ARM的第一代系統(tǒng)總線，但是ARM還是建議在新的設(shè)計(jì)中使用AHB總線。這不僅因?yàn)锳HB可以實(shí)現(xiàn)更高性能的連接，而且由于AHB在使用ASIC開(kāi)發(fā)的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具中整合起來(lái)更容易。APB橋的功能只是減少低性能總線對(duì)高性能總線造成的延遲。 1.3 Silicore的Wishbone綜述 圖3是Wishbone的邏輯總線結(jié)構(gòu)圖。
圖3中Wishbone的邏輯結(jié)構(gòu)是這三種總線結(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的一種，而且它只定義了一種總線結(jié)構(gòu)——高速總線。如果一個(gè)系統(tǒng)既需要高速，也需要低速外部設(shè)備總線，則可以提供兩個(gè)不同的Wishbone接口。這樣要比設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的總線接口簡(jiǎn)單。Wishbone的用戶必須根據(jù)具體情況對(duì)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展和詳細(xì)設(shè)計(jì)，定義數(shù)據(jù)順序和標(biāo)簽的意義。其它的特性和函數(shù)同樣也可以由用戶自行添加。從這個(gè)意義說(shuō)，Wishbone更像是給出了一個(gè)框架，等待用戶提出具體的實(shí)現(xiàn)方法和規(guī)范。 2 分析和對(duì)比 所有這三種總線都采用完全同步的方式，以時(shí)鐘信號(hào)為參考，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或采樣。此外，它們?cè)诳偩�操作方式上也基本相同。三種總線最顯著的不同之處在于它們具體的性能參數(shù)、提供協(xié)議的完整性以及對(duì)協(xié)議應(yīng)用的嚴(yán)格性。 表1主要對(duì)CoreConnect的PLB總線和AMBA的ASP總線結(jié)構(gòu)作一對(duì)比，以便更清楚地看到這兩個(gè)系統(tǒng)的性能差別。 表1
還有一個(gè)很重要的問(wèn)題是如何使用。雖然三種總線都聲明是免費(fèi)使用的，但是IBM的 CoreConnect和ARM的AMBA都要求用戶注冊(cè)，使用中要標(biāo)明原公司出處。更重要的是，對(duì)IBM和ARM來(lái)說(shuō)總線是免費(fèi)的，但是連接這些總線的 IP不是免費(fèi)的。當(dāng)然可以自己設(shè)計(jì)符合以上兩種總線標(biāo)準(zhǔn)的IP，并免費(fèi)提供給別人使用，但是IBM和ARM可沒(méi)有這樣做。相反，開(kāi)放知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊組織（OPENCoreS.ORG）將Wishbone作為自己開(kāi)發(fā)SoC系統(tǒng)采用的總線結(jié)構(gòu)。這在其網(wǎng)站上可以看到。 3 結(jié)論 從這三種結(jié)構(gòu)上我們可以看到，它們的設(shè)計(jì)程度是重、中、輕三個(gè)等級(jí)。IBM的CoreConnect是重度設(shè)計(jì)，適合復(fù)雜和高端的應(yīng)用，需要遵守嚴(yán)格的操作協(xié)議；AMR的AMBA是中度設(shè)計(jì)，適合較復(fù)雜的應(yīng)用，需要遵守較簡(jiǎn)單的操作協(xié)議；而Wishbone是輕度設(shè)計(jì)，適合較簡(jiǎn)單、靈活、增加自己定義部分的應(yīng)用，使用是完全免費(fèi)的。 IBM的先天優(yōu)勢(shì)使得CoreConnect能在業(yè)界長(zhǎng)期存在，即便它不被廣泛接受。由于ARM的大力推廣和AMBA自身的技術(shù)特性，這種總線協(xié)議會(huì)在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域被更多的設(shè)計(jì)者采用；而由于OPENCoreS組織的大力支持，Wishbone總線也將在比較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，在自由設(shè)計(jì)者和中小型EDA 企業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。 參考文獻(xiàn) 1. ARM Corp AMBA 2. IBM Corp CoreConnect 3. Silicore Corp WISHBONE 4. OpenCores 作 者：石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院 王飛 孫成立 來(lái) 源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2003（11） |
