AHB-APB_Lite总线协议及Verilog实现

文章目录

• AHB-APB_Lite总线协议及Verilog实现
• 一、AHB_Lite协议介绍
• 二、系统框架介绍
• 三、代码设计
• 四、仿真测试

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一、AHB_Lite协议介绍

    AHB（Advanced High-performance Bus）高速总线，接高速master设备，APB（Advanced Peripheral Bus）外设总线，用来接低速slave，AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，一个master可以有多个slave，AHB和APB之间通过一个AHB2APB桥转接。这里是实现一个AHB_Lite协议，相较于AHB_APB总线协议，AHB_Lite只有单主机，且没有HBUSREQ和HGRANT信号，同时从设备信号接口也简单许多

二、系统框架介绍

    主设备Master0利用AHB-Lite总线协议通过AHB Bridge访问四个APB从设备Slave0、Slave、Slave2和Slave3。每个从设备的地址空间如下：

Slave0: 0x0000_0000 ~ 0x0000_00ff;
Slave1: 0x0000_0100 ~ 0x0000_01ff;
Slave2: 0x0000_0200 ~ 0x0000_02ff;
Slave3: 0x0000_0300 ~ 0x0000_03ff;
令从设备地址空间的下边界为其地址的基址，假设每个从设备中有可访问APB寄存器16个，位宽均为32比特，16个寄存器的访问地址计算方式为 基址 +寄存器编号左移２位（byte 偏移）

主设备接口的数据读写采用AHB-Lite总线协议，并遵循如下时序规范：

从设备读写遵循APB时序规范：

三、代码设计

模块里包含Master 、Slave、Bridge设计
代码如下：

//-------------------------
//File Name:AHB_APB.v
//Designer:Liang Genyuan
//-------------------------
module AHB_APB(
		 HCLK,
		 HRESETn,
		 HWRITE,
		 HADDR,
		 HWDATAin,
       HRDATA,
       PRDATAin,
		 PWDATA
       );

input HCLK;
input HRESETn;
input HWRITE;
input [31:0] HADDR;
input [31:0] HWDATAin;
input [31:0] PRDATAin;
output[31:0] HRDATA;
output[31:0] PWDATA;


reg          PCLK;
wire         PRESETn;
wire          PWRITE;
reg          PSEL;
reg          PENABLE;
wire[31:0]    PADDR; 
reg[31:0]    PWDATA;
reg[31:0] 	 PRDATA;
reg[31:0]    HWDATA;
reg[31:0]    HRDATA;

reg         PSELS0;
reg         PSELS1;
reg         PSELS2;
reg         PSELS3;
reg[31:0] HADDR_Reg;
reg 		 HWRITE_Reg;
reg[3:0]  HSEL_Reg;
reg[31:0] HWDATA_Reg;
reg[31:0] PRDATA_Reg;
reg HREADY;

reg   [3:0] state_c     ;
reg   [3:0] state_n     ;
parameter  IDLE = 4'b0000 ;
parameter  SETUP = 4'b0001;
parameter  ENABLE = 4'b0010 ;

//PCLK二分频
 
always @(posedge HCLK) begin
	 if(!HRESETn)begin
		PCLK<=0;
	 end
    else if(HCLK==1'b1)begin
      PCLK<=~PCLK;
    end
end
    

//slave选择
`define S0BASE 4'b0000
`define S1BASE 4'b0001
`define S2BASE 4'b0010
`define S3BASE 4'b0011

wire[3:0] HSEL; 
assign HSEL = HADDR[11:8];
always  @(*)begin
    if(!HRESETn) begin
        PSELS0 = 1'b0;
        PSELS1 = 1'b0;
        PSELS2 = 1'b0;
        PSELS3 = 1'b0;
    end 
    case (HSEL)
        `S0BASE : 
          PSELS0 = 1'b1;

        `S1BASE :
          PSELS1 = 1'b1;    

        `S2BASE : 
          PSELS2 = 1'b1;

        `S3BASE : 
          PSELS3 = 1'b1;
    endcase 
end

//slave读写
wire[5:0]   reg_num;
reg [3:0]   PSELx;


 
assign reg_num= PADDR[7:2];
assign PRESETn=HRESETn;
assign PADDR=HADDR_Reg;
assign PWRITE=HWRITE_Reg;

always @(posedge PCLK or negedge PRESETn) begin
    if(!PRESETn)begin
		PWDATA<=0;
		PRDATA<=0;
	 end
	 else if(PWRITE)begin
		if((state_c==SETUP)||(state_c==ENABLE))begin
			PWDATA<=HWDATA_Reg;
		end
		else begin
			PWDATA<=0;
		end
	 end
	 else if(!PWRITE)begin
			PRDATA<=PRDATAin;
	 end
	 else begin
			PRDATA<=0;
	 end
end


//APB bridge状态机


wire  idle2setup_start  ;
wire  setup2enable_start;
wire  enable2idle_start ;

always@(posedge HCLK or negedge HRESETn)begin
	if(!HRESETn)begin
		PSELx<=0;
	end
	else if(state_c!=IDLE)begin
		PSELx<=HSEL_Reg;
	end
end

always @(posedge PCLK or negedge PRESETn) begin 
    if (!PRESETn) begin
        state_c <= IDLE ;
    end
    else begin
        state_c <= state_n;
    end
end

always @(*) begin 
    case(state_c)  
        IDLE :begin
            if(idle2setup_start) 
                state_n = SETUP ;
            else 
                state_n = state_c ;
                
        end
        SETUP :begin
            if(setup2enable_start) 
                state_n = ENABLE ;
            else 
                state_n = state_c ;
                
        end
        ENABLE :begin
            if(enable2idle_start) 
                state_n = IDLE ;
            else 
                state_n = state_c ;
                
        end
        default : state_n = IDLE ;
    endcase
end

always@(posedge PCLK or negedge PRESETn)begin
	if(PRESETn==1'b0)begin
		PENABLE<=0;
		PSEL<=0;
	end
	else if(state_c==SETUP)begin
		PSEL<=1;
		PENABLE<=0;
	end
	else if(state_c==ENABLE)begin
		PSEL<=1;
		PENABLE<=1;
	end
	else begin
		PSEL<=0;
		PENABLE<=0;
	end
end
		


assign idle2setup_start = (state_c==IDLE)&&(HADDR!=32'b0) ;
assign setup2enable_start = state_c==SETUP ;
assign enable2idle_start = state_c==ENABLE ;



//桥寄存

always @ (negedge HRESETn or posedge HCLK) begin
      if (!HRESETn)
        begin 
            HADDR_Reg  <= {32{1'b0}};
            HWRITE_Reg <= 1'b0;
        end
      else
        if (HREADY)begin
            HADDR_Reg  <= HADDR;
            HWRITE_Reg <= HWRITE;
        end  
    end


always  @(posedge HCLK or negedge HRESETn)begin
    if(HRESETn==1'b0)begin
        HSEL_Reg<=0;
    end
    else if(HREADY)begin
        HSEL_Reg<=HSEL;
    end
end


always  @(posedge HCLK or negedge HRESETn)begin
    if(HRESETn==1'b0)begin
        HWDATA_Reg<=0;
        PRDATA_Reg<=0;
        
    end
    else if(HWRITE==1)begin
        HWDATA_Reg<=HWDATA;
    end
    else begin
        PRDATA_Reg<=PRDATA;
    end
end



//master
//HREADY控制

always  @(posedge PCLK or negedge PRESETn)begin
    if(!PRESETn)begin
        HREADY<=0;
    end
    else if((state_c==IDLE)&&(HWDATA==0))begin
        HREADY<=1;
    end
	 else if(state_c==SETUP)begin
		  HREADY<=0;
	 end
end

always  @(posedge HCLK or negedge HRESETn)begin
    if(HRESETn==1'b0)begin
        HWDATA<=32'b0;
        HRDATA<=32'b0;
    end
    else if(HWRITE==0)begin
        HRDATA<=PRDATA_Reg;
    end
    else if(HWRITE==1)begin
        HWDATA<=HWDATAin;

    end
end

endmodule

四、仿真测试

分别对读写时序进行两组测试：

1、写时序
a、
HADDR=32’b0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000_0000
HWDATAin=32’b0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000_0001

PSELx=1，reg_num=0
即选中了第一个从设备中第一个寄存器

b、
HADDR=32’b0000_0000_0000_0000_0000_0011_0000_1000;
HWDATAin=32’b0000_0000_0000_0000_0000_1111_0000_1111;

PSELx=3，reg_num=2
即选中了第三个从设备中第三个寄存器

2、读时序
a、
HADDR=32’b0000_0000_0000_0000_0000_0011_0000_1000
PRDATAin=32’b00000_0000_0000_0000_0000_1111_0000_1111

PSELx=3 reg_num=2
即第三个从设备第三个寄存器

b、
HADDR=32’b0000_0000_0000_0000_0000_0100_0000_1100
PRDATAin=32’b00000_0000_0000_0000_0000_1110_0000_1110

PSELx=4 reg_num=3
即第四个从设备第四个寄存器