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[导读]大家不要以为APB的master和slave很简单,不需要了解。这是大错特错,为什么呢?

大家不要以为APB的master和slave很简单,不需要了解。这是大错特错,为什么呢?

不过设计什么模块,你都要让它挂在标准总线上,比如你设计DMA,你就同时需要了解AMBA的master和slave设计。又比如你是设计算法计算模块,你的数据肯定要放到sram,你当然也要了解AMBA的master设计,将数据传输到crossbar上,进而放到指定memory。又比如SOC设计,肯定需要各种bridge,假设一个AHB2APB,你就同时需要了解AHB slave和APB master。

以APB为例,还是因为APB简单,但是我们可以从它学到设计的方法和思路。

既然是设计就需要spec和状态机。

设计spec如下

1、模块规划

模块diagram

2、接口描述

接口描述

3、时序描述

读时序

读时序

写时序

写时序

4、FSM

就是之前讲的APB协议状态机。如下图

APB FSM

模块规划有了,接口有了,时序有了,状态机有了,就可以开始设计coding了,代码如下:

module apb#( parameter RD_FLAG = 8'b0 , parameter WR_FLAG = 8'b1 , parameter CMD_RW_WIDTH = 8 , parameter CMD_ADDR_WIDTH = 16 , parameter CMD_DATA_WIDTH = 32 , parameter CMD_WIDTH = CMD_RW_WIDTH + CMD_ADDR_WIDTH + CMD_DATA_WIDTH)(//-- clkrst signal input pclk_i , input prst_n_i ,

//-- cmd_in input [CMD_WIDTH-1:0] cmd_i , input cmd_vld_i , output reg [CMD_DATA_WIDTH-1:0] cmd_rd_data_o,

//-- apb interface output reg [CMD_ADDR_WIDTH-1:0] paddr_o , output reg pwrite_o , output reg psel_o , output reg penable_o , output reg [CMD_DATA_WIDTH-1:0] pwdata_o , input [CMD_DATA_WIDTH-1:0] prdata_i , input pready_i , input pslverr_i);

//-- FSM stateparameter IDLE = 3'b001;parameter SETUP = 3'b010;parameter ACCESS = 3'b100;

//-- current state and next statereg [2:0] cur_state;reg [2:0] nxt_state;

//-- data bufreg start_flag ;reg [CMD_WIDTH-1:0] cmd_in_buf ;reg [CMD_DATA_WIDTH-1:0] cmd_rd_data_buf;

/*----------------------------------------------- -- update cmd_in_buf -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin cmd_in_buf <= {(CMD_WIDTH){1'b0}}; end else if (cmd_vld_i && pready_i) begin cmd_in_buf <= cmd_i; endend

/*----------------------------------------------- -- start flag of transfer -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin start_flag <= 1'b0; end else if (cmd_vld_i && pready_i) begin start_flag <= 1'b1; end else begin start_flag <= 1'b0; endend

/*----------------------------------------------- -- update current state -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin cur_state <= IDLE; end else begin cur_state <= nxt_state; endend

/*----------------------------------------------- -- update next state -------------------------------------------------*/always @ (*) begin case(cur_state) IDLE :if(start_flag)begin nxt_state = SETUP; end else begin nxt_state = IDLE; end

SETUP :nxt_state = ACCESS; ACCESS:if (!pready_i)begin nxt_state = ACCESS; end else if(start_flag)begin nxt_state = SETUP; end else if(!cmd_vld_i && pready_i)begin nxt_state = IDLE; end endcaseend

/*----------------------------------------------- -- update signal of output -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin pwrite_o <= 1'b0; psel_o <= 1'b0; penable_o <= 1'b0; paddr_o <= {(CMD_ADDR_WIDTH){1'b0}}; pwdata_o <= {(CMD_DATA_WIDTH){1'b0}}; end else if (nxt_state == IDLE) begin psel_o <= 1'b0; penable_o <= 1'b0; end

else if(nxt_state == SETUP)begin psel_o <= 1'b1; penable_o <= 1'b0; paddr_o <= cmd_in_buf[CMD_WIDTH-CMD_RW_WIDTH-1:CMD_DATA_WIDTH]; //-- read if(cmd_in_buf[CMD_WIDTH-1:CMD_WIDTH-8] == RD_FLAG)begin pwrite_o <= 1'b0; end //-- write else begin pwrite_o <= 1'b1; pwdata_o <= cmd_in_buf[CMD_DATA_WIDTH-1:0]; end end

else if(nxt_state == ACCESS)begin penable_o <= 1'b1; endend

/*----------------------------------------------- -- update cmd_rd_data_buf -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin cmd_rd_data_buf <= {(CMD_DATA_WIDTH){1'b0}}; end else if (pready_i && psel_o && penable_o) begin cmd_rd_data_buf <= prdata_i; endend

/*----------------------------------------------- -- update cmd_rd_data_o -------------------------------------------------*/always @ (posedge pclk_i or negedge prst_n_i) begin if (!prst_n_i) begin cmd_rd_data_o <= {(CMD_DATA_WIDTH){1'b0}}; end else begin cmd_rd_data_o <= cmd_rd_data_buf; endend

endmodule

模块设计的比较简单,只是实现APB的基本功能。下面讲一下设计重点:

·一定要做好功课在开始coding。

·Flow control,APB的上级模块,需要给到流控信号,告知APB master什么时候开始传输,什么时候结束。

·FSM,必须完全遵循AMBA的datasheet。

·时序对齐,和FSM一样,接口时序要和APB协议对齐。

·重点中的重点,pready的反压一定要逐级反压,不能直接送到APB master的上次模块,这样会丢数据。

testbench如下

`timescale 1ns/1nsmodule tb_apb; reg pclk_i ; reg prst_n_i ; reg [55:0] cmd_i ; reg cmd_vld_i ; wire [31:0] cmd_rd_data_o; wire [15:0] paddr_o ; wire pwrite_o ; wire psel_o ; wire penable_o ; wire [31:0] pwdata_o ; reg [31:0] prdata_i ; reg pready_i ; reg pslverr_i ;

initial begin // rst; pclk_i = 0; prst_n_i = 1; pslverr_i = 0; cmd_i = 56'b0; cmd_vld_i = 0; prdata_i = 32'b0; pready_i = 1; #20 prst_n_i = 0; #20 prst_n_i = 1;

// cmd_in_wr(cmd_i,56'h01_FF_EE_DD_CC_BB_AA); cmd_i = 56'h01_FF_EE_DD_CC_BB_AA; cmd_vld_i = 1 ; #20 cmd_vld_i = 0; #31 pready_i = 0; #80 pready_i = 1;

#90; //cmd_in_rd(cmd_i,56'h00_AA_BB_CC_DD_EE_FF,prdata_i,32'h12_34_56_78); cmd_i = 56'h00_AA_BB_CC_DD_EE_FF; cmd_vld_i = 1; #20 cmd_vld_i = 0; #30 pready_i = 0;

#60 pready_i = 1; prdata_i = 32'h12_34_56_78;

cmd_i = 56'h00_AA_BB_CC_DD_EE_FF; cmd_vld_i = 1; #20 cmd_vld_i = 0; #30 pready_i = 0;

#50 pready_i = 1; prdata_i = 32'h11_22_33_44;

end

always #10 pclk_i = ~pclk_i;

//-- RSTtask rst; begin pclk_i = 1; prst_n_i = 1; pslverr_i = 0; cmd_i = 56'b0; cmd_vld_i = 0; prdata_i = 32'b0; pready_i = 1; #20 prst_n_i = 0; #10 prst_n_i = 1; //cmd_i = 56'h01_FF_EE_DD_CC_BB_Ab; endendtask

//-- writetask cmd_in_wr; output [55:0] cmd; input [55:0] data;

begin cmd = data; cmd_vld_i = 1 ; #20 cmd_vld_i = 0; #20 pready_i = 0; #40 pready_i = 1; endendtask

//-- readtask cmd_in_rd; output [55:0] cmd; input [55:0] data ; output [31:0] prdata; input [31:0] rd_data;

begin cmd = data; cmd_vld_i = 1; #20 cmd_vld_i = 0; #20 pready_i = 0; #40 pready_i = 1; prdata = rd_data; endendtaskinitial begin #1000 $finish;endapb tb_apb( .pclk_i (pclk_i ), .prst_n_i (prst_n_i ), .cmd_i (cmd_i ), .cmd_vld_i (cmd_vld_i ), .cmd_rd_data_o(cmd_rd_data_o), .paddr_o (paddr_o ), .pwrite_o (pwrite_o ), .psel_o (psel_o ), .penable_o (penable_o ), .pwdata_o (pwdata_o ), .prdata_i (prdata_i ), .pready_i (pready_i ), .pslverr_i (pslverr_i ) );

initial begin $fsdbDumpfile("apb.fsdb"); $fsdbDumpvars ; $fsdbDumpMDA ;end

endmodule

makefile如下:

LAB_DIR = /home/*/apb

DFILES = $(LAB_DIR)/*.v

all:clean elab rungelab: vcs -full64 -LDFLAGS -Wl,-no-as-needed -debug_acc+all -timescale=1ns/1ns \ -fsdb -sverilog -l comp.log \ ${DFILES}

run: ./simv -l run.log

rung: ./simv -gui -l run.log

verdi: verdi ${DFILES} \ -ssf ./*.fsdb &

clean: rm -rf AN.DB \ rm -rf DVEfiles \ rm -rf csrc \ rm -rf simv.* \ rm -rf *simv \ rm -rf inter.vpd \ rm -rf ucli.key \ rm -rf *.log \ rm -rf verdiLog \ rm -rf novas* \ rm -rf *.fsdb

下面是仿真结果

SoC设计入门 - APB master设计(接口类基础思维)

好了,今天讲的主要就这么多,这个是基础,但也是干货,对以后设计AHB,AXI乃至NOC都非常有帮助。

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