5. AMBA APB

5장 AMBA APB 개요

APB (Advanced Peripheral Bus) 는 ARM의 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) 표준 중 저속, 저전력 주변장치(peripheral) 를 위한 버스 프로토콜이다. AHB(고속 bus)와 AHB2APB bridge를 통해 연결된다.

AMBA APB Protocol

AMBA Family

• AHB (Advanced High-performance Bus): CPU, Memory 등 고속 시스템 버스
• APB (Advanced Peripheral Bus): UART, Timer, GPIO 같은 저속 주변장치
• AXI (Advanced eXtensible Interface): Out-of-order, multi-outstanding transaction 지원 고성능

APB 특징

• 비파이프라인(non-pipelined): 간단한 setup + access phase만
• Low-power, Low-performance
• APB slave는 경량으로 구현 → peripheral에 적합

Signals

• PCLK: bus clock
• PRESETn: active-low reset
• PSEL: slave 선택 (master가 활성화)
• PENABLE: 두번째 cycle (access phase)에서 high
• PADDR: address (32-bit)
• PWRITE: 1=write, 0=read
• PWDATA: master → slave 데이터 (write)
• PRDATA: slave → master 데이터 (read)
• PREADY: slave ready signal (wait state 조절)
• PSLVERR: error 응답

APB Read Transfer

① No Wait State

T0  T1  T2  T3  T4
PCLK   __/\__/\__/\__/\__
PADDR  __[Addr 1]________
PWRITE __[_______ 0 ]____
PSEL   __/‾‾‾‾‾‾\____
PENABLE ____/‾‾‾\____     ← Master가 가져감
PRDATA ______[Data 1]____  ← 데이터가 의미 있음
PREADY ______/‾‾‾‾\____

• T1: Setup (PSEL=1, PENABLE=0)
• T2: Access (PENABLE=1) → slave에서 data 준비
• T3: Master가 PRDATA를 sample → transfer 완료

② With Wait State

T0  T1  T2  T3  T4  T5  T6
PCLK   __/\__/\__/\__/\__/\__/\__
PADDR  __[____ Addr 1 _______]____
PSEL   __/‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾\____
PENABLE ____/‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾\____  ← Master가 받을 준비
PRDATA ________[___ Data 1 __]__  ← 데이터 유효 X → 데이터를 줌
PREADY ____________/‾‾‾‾‾\____    ← 데이터를 받아감

• Slave가 준비 안되면 PREADY=0 유지
• PREADY=1일 때 data valid → master가 sample

Operating States (APB Slave FSM)

APB slave는 IDLE → SETUP → ACCESS 3개 상태의 FSM:

       [IDLE]  (PSELx=0, PENABLE=0)
         │  ↑
         │  │ No transfer
         │  │
    Transfer (전송할게 있을 때)
         │
         ▼
      [SETUP]  (PSELx=1, PENABLE=0)
         │
         ▼
      [ACCESS]  (PSELx=1, PENABLE=1)
         │  ↑
         │  │ PREADY=0 (slave 준비 X)
         │  │
     PREADY=1 and transfer (계속 전송할게 있을 때)
         │
         ▼
      [SETUP] (or [IDLE] if no transfer)

• IDLE: 전송 없음
• SETUP: Master가 transaction 시작 (PSEL 활성화)
• ACCESS: 실제 data 전송 (PENABLE=1), PREADY를 기다림

AHB to APB Bridge

고속 AHB와 저속 APB 사이 Bridge:

• AHB master → Bridge → APB slave
• Bridge가 주소 decode → 해당 APB slave 선택
• Wait state 삽입으로 clock domain/속도 차이 보상

Write Transfer

Read와 대칭. PWRITE=1, PWDATA에 write data 제공.

T0  T1  T2  T3
PCLK     _/\_/\_/\_/\_
PADDR    _[Addr]______
PWRITE   _[__1_]______
PSEL     _/‾‾‾\______
PENABLE  ___/‾‾\______
PWDATA   _[__Data__]__
PREADY   ___/‾‾‾\____

APB vs AHB

정리

APB는 단순하고 저전력이라 ARM Cortex-M 계열 SoC의 모든 peripheral (UART, SPI, I2C, Timer, GPIO 등)이 APB slave로 구현된다.