7. AMBA 3 AHB-lite Bus Architecture

7장 AMBA 3 AHB-Lite Bus Architecture 개요

AHB-Lite는 ARM AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) 3.0 표준의 Single master 버전. Cortex-M0/M3 계열 MCU의 표준 시스템 버스.

AMBA 3 AHB-Lite 특징

• Single-master bus: 기존 AHB는 multi-master였지만 Lite는 단일 master (arbiter 생략)
• Pipelined transactions: Address phase와 Data phase 중첩 → throughput ↑
• Burst transfer 지원 (INCR, WRAP)
• Split transaction 지원 X (Lite 버전)

Signal Description

Master Output

• HCLK: bus clock
• HRESETn: active-low reset
• HADDR[31:0]: address
• HWRITE: 1=write, 0=read
• HSIZE[2:0]: transfer size (byte/halfword/word)
• HBURST[2:0]: burst type (SINGLE, INCR, WRAP4, INCR4, …)
• HPROT[3:0]: protection/cache attribute
• HTRANS[1:0]: transfer type (IDLE, BUSY, NONSEQ, SEQ)
• HWDATA[31:0]: write data
• HMASTLOCK: locked transaction

Slave Output

• HRDATA[31:0]: read data
• HREADY: slave ready (wait state)
• HRESP: response (OKAY, ERROR)

AHB-Lite Transaction

기본 transaction은 Address phase와 Data phase의 2 cycle:

     T0        T1        T2
HCLK __/\__/\__/\__/\__
HADDR ___[Addr]________
HWRITE __[____1_____]____
HTRANS ___[NONSEQ]__[IDLE]_
HWDATA __________[Data]__
HREADY ___________/‾‾‾\_

• T1 (Address phase): Master가 address + control 제공
• T2 (Data phase): Slave가 data 제공 또는 받음, HREADY로 완료 신호

Wait State

Slave가 준비 안되면 HREADY=0 유지 → Data phase 연장.

Burst Transfer

연속된 여러 word 전송을 하나의 NONSEQ + 여러 SEQ로:

Burst Type (HBURST)

• SINGLE: 단일 transfer
• INCR: unspecified length increment
• WRAP4: 4-beat wrapping (cache line)
• INCR4: 4-beat incrementing
• WRAP8, INCR8, WRAP16, INCR16: 길이 지정

HTRANS

• IDLE: no transfer
• BUSY: burst 중 일시 중지
• NONSEQ: burst 시작 또는 단일 transfer
• SEQ: burst 내 후속 transfer (address 증가)

AHB-Lite System 구성

                [AHB Master]
                  │ AHB
                  ▼
         ┌─── [Decoder] ─── HSELx
         │                     │
        [MUX]               [AHB Slave 1]
         │                  [AHB Slave 2]
         │                  [AHB Slave 3]
         ▼
  (HRDATA, HREADY, HRESP)

• Decoder: HADDR을 decoding해서 해당 Slave의 HSEL 활성화
• MUX: 선택된 Slave의 HRDATA, HREADY, HRESP를 master로

HSELx & Address Decode

각 Slave에는 고유 address 범위가 할당됨. Decoder가 HADDR 상위 bit으로 HSEL 선택:

if (HADDR[31:20] == 0x400)
    HSEL_UART = 1;
else if (HADDR[31:20] == 0x401)
    HSEL_GPIO = 1;

AHB to APB Bridge

AHB-Lite와 저속 APB를 연결. Bridge가 AHB master 역할, APB slave와 통신. Cortex-M0 SoC의 일반적 구조:

[Cortex-M0 Core]
      │ AHB-Lite
      ▼
 [AHB Interconnect]
  │ │ │ 
  │ │ └── SRAM
  │ └───── Flash
  └─────── AHB→APB Bridge
             │ APB
             ├── UART
             ├── Timer
             ├── GPIO
             └── SPI/I2C

HPROT (Protection Signals)

Cache/bufferability, user/privileged, data/opcode를 나타냄:

• HPROT[0]: opcode fetch (0) / data access (1)
• HPROT[1]: user (0) / privileged (1)
• HPROT[2]: non-bufferable (0) / bufferable (1)
• HPROT[3]: non-cacheable (0) / cacheable (1)

HRESP

• OKAY (0): normal completion
• ERROR (1): slave error — master가 2-cycle 시퀀스로 error 응답 받음

정리

AHB-Lite는 Cortex-M0/M3 SoC의 기본 bus로, 단순하면서도 충분한 대역폭을 제공해 저전력 임베디드 시스템에 적합하다.