例说FPGA连载52：NAND Flash实例之总线的概念

图6.6 ARM 芯片内部功能框图

在这个框图里，我们不是很关心它都集成了哪些外设，而是要看看它的处理器内核与其他外设以及外设与外设之间是如何互连的。简单的看，从内核引出的两条总线分别是Local bus 和 Advanced high-performance bus （ AHB ）， Local bus 即本地总线上挂靠的都是一些实时性要求最高、数据吞吐量最大的“外设”。毫无疑问，在一个系统中，这种实时性最高、数据吞吐量最大的“外设”非存储器莫属，因为程序运行、数据变量读写都要频繁的访问 ROM 或 RAM 。除此之外，我们也看到有一个高速 GPIO 模块也“运行”在这条“高速公路”上，该款芯片特别的增强了 GPIO 的性能，那一定是为满足一些特定的应用需求而设计的。除了存储器，其实这条高速总线是可以挂靠任何符合总线通信规范的外设组件的，但是一旦这条“高速公路”的“车”多了，就不可避免的发生拥堵，那么所谓“高速”就名不副其实了。

那怎么办，系统还有一大堆外设需要挂靠呢？不是还有一条AHB 总线吗，这也是一条高性能总线，虽然可能和本地总线比还是要差点。这条总线上挂着一个中断向量控制器（ VECTORED INTERRUPT CONTROLLER ）和一个桥（ AHB TO APB BRIDGE ）。无疑的，系统的中断需要第一时间得到响应，因此它也就被挂在离处理器内核最近的总线上。最后来看那个 AHB2APB 桥，我们知道一般的嵌入式外设速度都不高，因此在这个系统内部，就把所有余下的外设组件都挂在了一条叫做 APB 的总线上，而这条 APB 总线最终也是需要挂在与 CPU 直接相连的 AHB 总线上。那么， AHB2APB 桥所做的就是连接 APB 总线和 AHB 总线，并且它还要像 CPU 本身一样作为 APB 总线的主机，来统管各个外设。

费了这么些篇幅，好歹我们讲到CPU 内部的片上总线了。除了 ARM7 上流行的 AMBA 总线外，还有 Silicore 的 WISHBONE 总线（很多开源设计都采用此总线）、 IBM 的 CoreConnect 总线，然后就是 Altera 的 Avalon 总线。不同总线各有特点，适用范围也有不同。 Avalon 总线就是 Altera 公司主推的应用于其软核处理器 NIOS II 上的总线，主要包括 Avalon-MM 总线和 Avalon-ST 总线，下面我们就去认识他们。

基于NIOS II 处理器的片内系统互连主要靠的就是 Avalon-MM 总线和 Avalon-ST 总线。如图 6.7 所示，一个典型的 NIOS II 系统， NIOS II 处理器和各外设之间通过 Avalon-MM 总线进行交互，而外设之间的点到点数据传输则可以通过 Avalon-ST 总线来完成。Avalon-MM （Avalon Memory Mapped Interface）总线是一种基于地址读写的主从互连的机制。Avalon-ST（Avalon Streaming Interface ）总线主要应用于单向数据流传输，可以完成点到点的大数据量吞吐。另外也略带提一下，在Avalon 总线规范里，还有 Avalon-MM Tristate 和 Conduit 接口。前者主要是 Avalon-MM 的一个扩展，也可以理解为它是 Avalon-MM 的一个“集线器”，对一个 Avalon-MM 从机进行复用，这样做的好处是减少从机接口的数量，用一套总线信号就可以挂接多个从机。比如在接口信号的数量紧张时，尤其是连接到 FPGA 外部引脚上的多个存储器（如图中的 SRAM 和 FLASH ），此时就可以复用到一个 Avalon-MM Tristate 接口上。而 Conduit 接口则是 Avalon-MM 从机引出的可以连接到 FPGA 其它逻辑模块或是 FPGA 外部引脚上的信号接口。

图6.7 典型 NIOS II 系统

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