OPB總線學(xué)習(xí)日志

在Xilinx EDK的Microblaze軟核中有用到多種總線接口，其中OPB(On-chip Peripheral Bus)是一種將各種外部設(shè)備連接到Microblaze處理系統(tǒng)中的一種總線接口，比如Timer/Counter、Gpio、Uart等，就是通過(guò)OPB總線連接到Microblaze處理器內(nèi)核。

OPB總線能夠在不影響OPB仲裁器（Arbiter)和總線上已連接的外圍設(shè)備基礎(chǔ)上添加新的外圍設(shè)備，同步于系統(tǒng)時(shí)鐘，共享32位地址總線，以及32位數(shù)據(jù)總線，支持主從設(shè)備之間單一周期數(shù)據(jù)傳送。

（這里要說(shuō)明下PLB總線，它是PowerPC硬核的高速總線，64位數(shù)據(jù)總線寬度，地址和讀寫數(shù)據(jù)總線分離，具備分別傳輸?shù)哪芰Α，F(xiàn)在最新的ISE11已經(jīng)將Microblaze的OPB總線也搞成PLB總線，目前還不確定是不是僅僅改了名稱而已。問(wèn)題：地址和讀寫數(shù)據(jù)總線分離怎么理解？是讀和寫操作可以同時(shí)進(jìn)行？）

OPB總線包含4個(gè)組成部分：（1）主設(shè)備 Master Device 最大16個(gè)（可能是受限于仲裁器）

（2）從設(shè)備 Slave Device 無(wú)限制，受限于FPGA的硬件資源

（3）仲裁器 Arbiter根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)，判決主設(shè)備的總線占用順序

（4）互聯(lián)器 Interconnect 用OR邏輯將各個(gè)主設(shè)備的地址，數(shù)據(jù)連接起來(lái)

總線的結(jié)構(gòu)：

總線，是指提供的一個(gè)數(shù)據(jù)通道，使得多個(gè)設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。能夠主動(dòng)向總線發(fā)出請(qǐng)求的是主設(shè)備（Master），只能被動(dòng)接收請(qǐng)求的是從設(shè)備（Slave）。所以總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般分為三個(gè)部分：（1）Master

（2）Slave，

（3）總線邏輯，總線邏輯由互連器（Interconnect)和仲裁器(Arbiter)兩部分組成。

總線操作的一般流程是：Master向總線發(fā)出讀寫請(qǐng)求，總線邏輯接受請(qǐng)求并負(fù)責(zé)把這些請(qǐng)求傳送給從設(shè)備；從設(shè)備收到后執(zhí)行讀寫操作，完成后給出確認(rèn)信號(hào)，總線邏輯再負(fù)責(zé)把確認(rèn)信號(hào)傳送給主設(shè)備，主設(shè)備收到確認(rèn)后，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程完成。
有的總線結(jié)構(gòu)只允許有一個(gè)Master，而有的可以有幾個(gè)Master。OPB總線屬于后者。當(dāng)可以有好幾個(gè)Master時(shí)，如果多個(gè)Master都向總線發(fā)出請(qǐng)求，這時(shí)就需要進(jìn)行仲裁，以確定哪個(gè)Master可以占有總線。因此，如果總線上掛有多個(gè)Master，就需要仲裁器（Arbiter）；反之，如果只有一個(gè)Master（包括可以有幾個(gè)Master但實(shí)際上只使用一個(gè)Master的情況），就一定不需要仲裁器。
總線上往往有多個(gè)Slave，因?yàn)槿绻挥幸粋€(gè)Master和一個(gè)Slave的話，似乎也就沒(méi)有必要采用總線，直接傳輸數(shù)據(jù)就可以了。那么既然有多個(gè)Slave，Master向總線發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，如何區(qū)分是對(duì)哪個(gè)Slave進(jìn)行操作呢？這是通過(guò)地址來(lái)分辨的。Master向總線發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，總是會(huì)將要操作的地址送出來(lái)，這個(gè)地址可能是通過(guò)單獨(dú)的地址線，也可能是復(fù)用數(shù)據(jù)線。（片上總線往往采用單獨(dú)的地址線，與外部連接的總線則往往復(fù)用以節(jié)省引腳數(shù)。）每個(gè)Slave都被分配有互不重疊的地址空間，根據(jù)這個(gè)地址和自己的地址空間比較，就可以知道Master是不是對(duì)自己進(jìn)行操作，從而可以判斷是否應(yīng)該做出響應(yīng)。

OPB總線信號(hào)命名規(guī)則：
OPB總線中的信號(hào)命有三種：

（1）Mn_打頭的，是Master的輸出；

（2）Sln_打頭的，是Slave的輸出；

（3）OPB_打頭的，是總線邏輯的輸出。

OPB總線的連經(jīng)邏輯采用OR邏輯，因此，當(dāng)一個(gè)Master或者Slave不對(duì)總線輸出時(shí)，應(yīng)該將其輸出置為0，就可以不影響總線的正常工作。

總線邏輯一般都是接受Master的輸出后，進(jìn)行一定的或運(yùn)算，變成OPB_打頭的輸出，送給Slave；或者接受Slave的輸出后，進(jìn)行一定的或運(yùn)算，變成OPB_打頭的輸出，送給Master。所以，對(duì)于Master而言，它需要處理的信號(hào)有兩種，Mn_打頭的是它的輸出，OPB_打頭的是它的輸入。對(duì)于Slave而言，它需要處理的信號(hào)也是兩種，Sln_打頭的是它的輸出，OPB_打頭的是它的輸入。

OPB總線的復(fù)位：

OPB總線可以被多種復(fù)位信號(hào)復(fù)位，不過(guò)上電復(fù)位優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)FPGA裝載成功后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)花費(fèi)16個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)復(fù)位OPB總線，在這期間，OPB不響應(yīng)任何其他復(fù)位信號(hào)的復(fù)位動(dòng)作。其他復(fù)位信號(hào)有：

（1）SYS_Rst 系統(tǒng)復(fù)位 （2）WDT_Rst 看門狗定時(shí)器溢出復(fù)位 （3）Debug_SYS_Rst 通過(guò)JTAG接口，在調(diào)試軟件上控制復(fù)位OPB總線（如何操作還需要另外研究研究）

OPB總線事物處理流程：
（1）Master首先發(fā)出Mn_Request信號(hào)，要求占用總線；

（2）仲裁器根據(jù)該周期的總線情況和其他Master的請(qǐng)求及優(yōu)先權(quán)，可能回復(fù)OPB_Grant信號(hào)告知Master可能使用總線。

（3）Master收到Grant后，發(fā)出Mn_Select占用總線，同時(shí)發(fā)出地址Mn_ABus和讀寫信號(hào)Mn_RNW，如果是寫還會(huì)給出數(shù)據(jù)Mn_DBus?？偩€邏輯將這些轉(zhuǎn)化為OPB_Select，OPB_ABus，OPB_RNW，OPB_DBus并送給Slave。

（4）Slave根據(jù)OPB_Select和OPB_ABus來(lái)判斷是否應(yīng)該做出響應(yīng)。如果是屬于自己的地址空間，則升高Sln_En占據(jù)總線，同時(shí)完成相應(yīng)的操作，并返回?cái)?shù)據(jù)Sln_DBus和數(shù)據(jù)有效信號(hào)Sln_XferAck。

（5）總線邏輯將Sln_DBus和Sln_XferAck轉(zhuǎn)化為OPB_DBus和OPB_XferAck，并送給Master。Master收到后降低Mn_Select，結(jié)束總線事務(wù)。