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Wishbone总线协议详解:中文版深度解析与应用
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更新于2024-06-27
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Wishbone总线协议中文版是一份详尽的文档,针对业界广泛应用的片上系统设计提供了解析。该协议的核心内容基于Wishbone标准的B.3版本,涵盖了总线技术的基础概念和实现细节。随着集成电路技术的进步,片上系统成为现代设计的主流,它允许将大量功能集成在单一芯片上,通过IP复用和共享总线实现模块间的高效通信。 片上总线作为连接处理器核心与外围设备的关键组件,其设计原则在于定义通用接口,而非具体硬件实现。它强调驱动、时序和策略的一致性,确保不同模块间的兼容性和稳定性。例如,Wishbone总线支持多种连接模式,如点对点、数据流、共享总线和交换模式,这种灵活性使得它适用于各种应用场景。 对比而言,片上总线与板上总线在设计上存在显著差异。片上总线倾向于使用单向信号线,以减少功耗、提高速度并简化布线,尽管这可能导致三态信号的问题。而板上总线为了克服三态信号的缺点,可能转向串行和非三态接口,如USB和PCI Express,以优化功耗和速度性能。 Wishbone总线协议的介绍详细到读写时序,这对于理解和实现高效的片上系统至关重要。然而,需要注意的是,本文提供的只是中文版的概览,对于深入学习,建议参考英文原文以获取更全面的信息,可在www.opencores.org找到原文。 掌握Wishbone总线协议有助于工程师设计出高性能、模块化的片上系统,并理解如何在不同环境下灵活运用总线技术,以满足日益增长的系统集成需求。
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共享总线互联方式在片上系统中得到了广泛的使用,几乎成了片上系统的标
志技术之一。共享总线技术在板级系统如 PCI 总线中也得到了应用。
图 3 共享总线互联方式
十字交叉互联方式较共享总线互联方式略复杂。共享总线互联方式在任一时
刻只允许最多有一对主设备和从设备通过共享总线进行通信,而十字交叉互联方
式最多同时允许超过一对的主设备和从设备对同时进行通信,如图 4 所示。当然,
在十字交叉互联方式中,一个从设备在任一时刻只能与一个主设备进行通信,两
个主设备不能同时访问同一从设备。
图 4 十字交叉互联方式(图中虚线代表了一种可能的通信方式)
类似的,基于交换结构的互联比十字交叉互联方式的 INTERCON 模块更复杂,
一般的,基于交换结构的互联比十字交叉互联允许同时通信的主从设备对更多。
随着技术的发展,已经出现了比片上总线更复杂的片上网络技术(Network
on chip)。基于片上网络技术,已经出现了内含几十个 32 位处理器的芯片,已
应用于 CISCO 的高端路由器中。
五、Wishbone 总线周期
一个总线周期由多个不可分的时钟周期构成,完成单次读/写操作、块读/写
操作或者读改写操作。总线周期也分为单次读/写周期、块读/写周期和读改写周
期。一次块读/写总线周期完成多次数据读/写操作。一般情况下,一次操作由主
设备和从设备控制信号间的一次握手,以及同时进行的地址和数据总线的一次传
输构成。块操作表示整个操作需要完成多次数据传送。在总线周期中主设备和从
设备预先设定好的共同遵守控制信号握手规则,以及地址和数据总线的传输规则
称作总线协议。
在下文所给图例中给出的信号均为主设备的输入输出信号。因此,对操作的
描述也从主设备信号的角度展开,以便于读者对照正文理解图例。比如"在时钟
上升沿 1 到达之前,从设备检测到主设备发起的操作,将适当的数据放到主设备
的输入信号 DAT_I()和 TGD_I(),将主设备的 ACK_I 置高作为对主设备 STB_O 的响
应。"的等价描述为:"在时钟上升沿 1 到达之前,从设备检测到主设备发起的操
作,将适当的数据放到其输出信号 DAT_O()和 TGD_O(),将输出信号 ACK_O 置高
作为对主设备 STB_O 的响应。"
5.1 一般操作
5.1.1 复位操作
复位是数字系统最基本的操作。复位后,系统进入预定的状态。在遵守
Wishbone 总线规范的系统中,当 RST_I 信号有效,系统开始复位。由于 Wishbone
规范规定的复位是同步复位,因此在复位信号有效后接下来的时钟上升沿,所有
信号和寄存器进入预定状态。因此,Wishbone 规范要求 RST_I 信号有效时间至
少要一个时钟周期。在数字系统中,实际上更多的采用的是异步复位,而且复位
信号的长度一般大于系统电平稳定时间和系统时钟频率稳定时间。如果在
Wishbone 接口中使用的是异步复位,需要在文档中说明,因为 Wishbone 接口默
认的是同步复位。
图 5 Wishbone 总线的复位操作
在图 5 中,我们只给出了 STB_O 和 CYC_O 这两个信号,而没有给出其它信号。
当这两个信号无效时,所有其他信号没有意义。
5.1.2 操作发起
一个总线周期由至少一次总线操作构成。操作总是由主设备发起,主设备发
起的操作可以是单次读/写、块读/写或者 RMW 操作。当主设备将 CYC_O 置为高时,
一个总线周期开始。总线周期开始后,当主设备将 STB_O 置为高时,一次总线操
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