APB協議詳解

背景介紹

這里我先放上APB協議的官方檔案，需要自取，放心食用~
鏈接：APB協議
提取碼：rtxz

APB協議是ARM公司中AMBA協議的一種，最早的APB協議現在叫做APB2，后來又有APB3和APB4，APB協議是向下兼容的，隨著時間的推移，根據實際需求，APB3在APB2的基礎上添加一些功能，APB4在APB3的基礎上再添加了一些功能，后面我會先從最基本的APB2講起，逐步到APB4，
什么是APB協議？在APB3官方檔案里有這么一句話：
The APB is part of the AMBA 3 protocol family. It provides a low-cost interface that is optimized for minimal power consumption and reduced interface complexity.
The APB interfaces to any peripherals that are low-bandwidth and do not require the high performance of a pipelined bus interface. The APB has unpipelined protocol.
翻譯：
APB是AMBA 3協議系列的一部分， 它提供了一種低成本介面，該介面經過了優化，可最大程度降低功耗并降低介面復雜性， APB可以連接到任何低帶寬且不需要流水線總線介面的高性能的外圍設備， APB是非流水線協議，
緊接著還有這么兩句話：
All signal transitions are only related to the rising edge of the clock to enable the integration of APB peripherals easily into any design flow. Every transfer takes at least two cycles.
所有信號跳變僅與時鐘的上升沿相關，從而能夠將APB外設輕松集成到任何設計流程中， 每次傳輸至少需要兩個周期，
雖然還沒有看到具體的協議內容，但是我們已經知道了APB協議的特點：

• 低成本
• 低功耗
• 低帶寬
• 無流水線
• 所有信號都是時鐘上升沿有效
• 進行一次資料傳輸至少需要兩個周期

APB2

APB協議里面就是說的怎么進行資料傳輸，首先協議里面定義了很多埠，我們先來看看APB2協議里這些埠的定義

看了這個埠定義，大家可能對master和slave還不太明白，解釋一下，可以把APB看成一種“線”，這種“線”是來連接兩個設備的，一個就是master，一個就是slave，所有的資料傳輸都是master來控制的，slave來回應，

讀操作

接下來我們進入主題，研究下APB是具體怎么規定讀操作的：master從slave讀取資料

從這張圖我們看出幾點：

• 所有的資料都是在PCLK上升沿跳變的
• T0-T1：初始狀態，準備開始資料傳輸
• T1時刻：master向總線上發送了地址，這個地址是slave的地址；并且把PWRITE拉低，說明這次資料傳輸是一次讀資料，PSEL拉高，APB協議里可能是有一個master，多個slave，當PADDR將地址發到總線上后，PSEL選擇哪一個slave也就定了，
• T1-T2時刻：保持現狀不變，這個時候slave收到了mater的地址，讀寫控制，salve得知自己要講這個地址對應的資料發送到master，所以它會做好準備，
• T3時刻：PENABLE也就是使能信號拉高，這個時候也就是master通知slave進行PRDATA的傳輸

總結一下：一開始我們就說到，APB資料傳輸至少需要兩個周期，也就是T1-T3，其實很簡單，第一個周期做準備作業（把PADDR,PWRITE,PSEL發送到總線），第二個周期進行傳輸讀或寫的data（PENABLE拉高，表面當前時刻，資料有效，是master想要的資料！）

寫操作

我們看看寫操作，和讀操作很類似

• T0-T1：初始狀態
• T1-T2：master把PADDR和PWRITE放在總線上，通過PSEL選擇一個slave，slave得知mater將要進行一次寫操作，并且master把需要寫進slave的data也放到總線上，
• T2：PENABLE為高，表示當前資料有效，并且master將data寫入slave
• T3：資料傳輸結束，再次回到初始狀態

通過讀寫操作的時序圖，我們可以看到，無論是讀還是寫，都是兩個周期，在第一個周期，PSEL為高，PENABLE為低，這個時候為data的傳輸做準備作業；第二個周期里，PSEL和PENABLE同時為高，進行data的傳輸，

APB3

在APB2誕生后，隨著行業發展，對于APB協議有了新的需求，ARM公司針對這些需求，在APB2的基礎上添加了兩個埠，一個是PREADY和PSLVERR，PREADY是一個對于slave的準備信號，用于擴展APB的傳輸，PSLVERR是一個錯誤反饋信號，表示當前傳輸的資料有誤，把這種協議叫做APB3，

只要你理解了APB2，APB3就會很簡單，我們直接看時序圖

讀操作，無等待

這種情況和APB2的讀操作沒有區別，

相對于APB2無非就是多了個PREADY,也就是說，當PSEL為高，PENABLE為高時，總線會看PREADY是否為高，如果為高，則進行資料傳輸，如果為低，那么等待其變為高，
我們討論的這種情況，無等待，無錯誤，和APB2的沒有區別，

讀操作，有等待

我們看到這張時序圖，當PSEL和PENABLE都為高的時候，PREADY為低，說明slave沒有準備好，再給他一點時間，在T4時刻這條虛線，發現PSEL和PENABLE為高，但是PREADY還是為低，繼續等待，在T5時刻這條虛線，發現PSEL，PENABLE，PREADY都為高，說明這個時候采樣的Data是我們想要讀取的data，

寫操作，無等待

直接放時序圖，和APB2一樣，應該不需要再解釋了

寫操作，有等待

和之前說的一樣，也是先判斷PSEL和PENABLE,都為高時再判斷PREADY,如果為低，就保持現狀，為高這表明資料有效，進行傳輸，

錯誤反饋

我們可以通過使用PSLVERR來指示APB傳輸上的錯誤情況，讀取和寫入事務都可能發生錯誤，當PSEL，PENABLE和PREADY均為高電平時，僅在APB傳輸的最后一個周期內才認為PSLVERR有效，其他時間不考慮PSLVERR，

寫操作

在前面的有等待的寫操作的基礎上，添加PSLVERR，也就是在T4時刻采樣，發現PSEL，PENABLE和PREADY均為高電平的前提下，PSLVERR為高，說明這次資料傳輸有錯誤，

讀操作

讀操作也是一樣，不再贅述，

APB4

APB4在APB3的基礎上添加了兩個埠，一個是PPROT,一個是PSTRB， （其實在平時作業中幾乎用不到這兩個，主要還是APB3）
PPROT:一種保護信號，可支持APB上的非安全傳輸和安全傳輸，
PSTRB:一個寫選通信號，用于在寫資料總線上進行稀疏資料傳輸，

我們直接來看看官方檔案里對這兩個埠的解釋

PPROT

為了支持復雜的系統設計，通常需要互連和系統中的其他設備提供針對非法交易的保護， 對于APB介面，此保護由PPROT [2:0]信號提供，
這個信號位寬為3，每一位代表不同的作用，
PPROT [0]：普通或特權

• 低代表正常
• 高代表特權

一些master使用它來指示其處理模式，特權處理模式通常在系統內具有更高級別的訪問權限，

PPROT [1]：安全還是非安全

• 低代表安全
• 高代表非安全
  這用于需要更大程度區分處理模式的系統中，

PPROT [2]：資料還是指令

• 低代表資料
• 高代表指令
  該位指示事務是資料訪問還是指令訪問，此指示僅作為提示，并非在所有情況下都是準確的， 例如，傳輸包含指令和資料項的混合， 建議默認情況下，除非明確將其稱為指令訪問，否則將訪問標記為資料訪問，

總結一張表就是這樣：

PSTRB

寫選通信號PSTRB使寫資料總線上的稀疏資料傳輸成為可能， 每個寫選通信號對應于寫資料總線的一個位元組， 當置為高電平時，寫選通脈沖指示寫資料總線的相應位元組通道包含有效資訊， 寫資料總線的每八位有一個寫選通脈沖，因此PSTRB [n]對應于PWDATA [（8n + 7）: ( 8n）]， 下圖顯示了32位資料總線上的這種關系，

總結

APB協議中的2，3，4版本，都是在前一個版本上增加了一些功能，但是APB4的PPROT和PSTRB用的特別少，大家可以不用太在意，如果需要用到的時候再去查閱即可，只要能理解APB3中幾種型別的資料傳輸就可以了（掌握時序圖）

最后：若有錯誤的地方，望能指出~