OPB總線學習日志

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備基礎上添加新的外圍設備，同步于系統(tǒng)時鐘，共享32位地址總線，以及32位數(shù)據(jù)總線，支持主從設備之間單一周期數(shù)據(jù)傳送。

（這里要說明下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進行？）

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

（2）從設備 Slave Device 無限制，受限于FPGA的硬件資源

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

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

總線的結構：

總線，是指提供的一個數(shù)據(jù)通道，使得多個設備之間可以進行數(shù)據(jù)傳遞。能夠主動向總線發(fā)出請求的是主設備（Master），只能被動接收請求的是從設備（Slave）。所以總線的系統(tǒng)結構一般分為三個部分：（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)出讀寫請求，總線邏輯接受請求并負責把這些請求傳送給從設備；從設備收到后執(zhí)行讀寫操作，完成后給出確認信號，總線邏輯再負責把確認信號傳送給主設備，主設備收到確認后，數(shù)據(jù)傳輸過程完成。
有的總線結構只允許有一個Master，而有的可以有幾個Master。OPB總線屬于后者。當可以有好幾個Master時，如果多個Master都向總線發(fā)出請求，這時就需要進行仲裁，以確定哪個Master可以占有總線。因此，如果總線上掛有多個Master，就需要仲裁器（Arbiter）；反之，如果只有一個Master（包括可以有幾個Master但實際上只使用一個Master的情況），就一定不需要仲裁器。
總線上往往有多個Slave，因為如果只有一個Master和一個Slave的話，似乎也就沒有必要采用總線，直接傳輸數(shù)據(jù)就可以了。那么既然有多個Slave，Master向總線發(fā)出請求時，如何區(qū)分是對哪個Slave進行操作呢？這是通過地址來分辨的。Master向總線發(fā)出請求時，總是會將要操作的地址送出來，這個地址可能是通過單獨的地址線，也可能是復用數(shù)據(jù)線。（片上總線往往采用單獨的地址線，與外部連接的總線則往往復用以節(jié)省引腳數(shù)。）每個Slave都被分配有互不重疊的地址空間，根據(jù)這個地址和自己的地址空間比較，就可以知道Master是不是對自己進行操作，從而可以判斷是否應該做出響應。

OPB總線信號命名規(guī)則：
OPB總線中的信號命有三種：

（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，當一個Master或者Slave不對總線輸出時，應該將其輸出置為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，進行一定的或運算，變成OPB_打頭的輸出，送給Slave；或者接受Slave的輸出后，進行一定的或運算，變成OPB_打頭的輸出，送給Master。所以，對于Master而言，它需要處理的信號有兩種，Mn_打頭的是它的輸出，OPB_打頭的是它的輸入。對于Slave而言，它需要處理的信號也是兩種，Sln_打頭的是它的輸出，OPB_打頭的是它的輸入。

OPB總線的復位：

OPB總線可以被多種復位信號復位，不過上電復位優(yōu)先級最高。當FPGA裝載成功后，系統(tǒng)會自動花費16個時鐘周期來復位OPB總線，在這期間，OPB不響應任何其他復位信號的復位動作。其他復位信號有：

（1）SYS_Rst 系統(tǒng)復位 （2）WDT_Rst 看門狗定時器溢出復位 （3）Debug_SYS_Rst 通過JTAG接口，在調(diào)試軟件上控制復位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，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的請求及優(yōu)先權，可能回復OPB_Grant信號告知Master可能使用總線。

（3）Master收到Grant后，發(fā)出Mn_Select占用總線，同時發(fā)出地址Mn_ABus和讀寫信號Mn_RNW，如果是寫還會給出數(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來判斷是否應該做出響應。如果是屬于自己的地址空間，則升高Sln_En占據(jù)總線，同時完成相應的操作，并返回數(shù)據(jù)Sln_DBus和數(shù)據(jù)有效信號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，結束總線事務。