Lucas. 技术手记

驱动、bootloader、文件系统

嵌入式 SoC 与接口 24：AXI、AHB、APB 与片内互连

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合集 · 嵌入式 SoC 与接口：从芯片框图到系统调试已发布 50 篇
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  1. 嵌入式 SoC 与接口 01：从摄像头框图认识 SoC
  2. 嵌入式 SoC 与接口 02：电平、地与逻辑阈值
  3. 嵌入式 SoC 与接口 03：差分、阻抗、端接与信号完整性
  4. 嵌入式 SoC 与接口 04：PMIC、供电时序与掉电行为
  5. 嵌入式 SoC 与接口 05：晶振、PLL、时钟树与跨时钟域
  6. 嵌入式 SoC 与接口 06：复位域、看门狗与故障恢复
  7. 嵌入式 SoC 与接口 07：ADC、DAC、参考电压与采样
  8. 嵌入式 SoC 与接口 08：MCU、MPU、SoC 与操作系统
  9. 嵌入式 SoC 与接口 09：CPU、异常、中断与多核
  10. 嵌入式 SoC 与接口 10：GPU：并行计算、图形与数据搬运
  11. 嵌入式 SoC 与接口 11：DSP：滤波、FFT、定点数与饱和
  12. 嵌入式 SoC 与接口 12：NPU：张量计算、片上存储与 TOPS
  13. 嵌入式 SoC 与接口 13：ISP：从传感器 RAW 到可用图像
  14. 嵌入式 SoC 与接口 14：视频编解码器与图像加速器
  15. 嵌入式 SoC 与接口 15：Boot ROM、Bootloader 与系统启动
  16. 嵌入式 SoC 与接口 16：NOR、NAND、擦写与 ECC
  17. 嵌入式 SoC 与接口 17：eMMC：总线模式、内部管理与分区
  18. 嵌入式 SoC 与接口 18：安全启动、固件签名与 A/B 升级
  19. 嵌入式 SoC 与接口 19：寄存器、地址空间与 MMIO
  20. 嵌入式 SoC 与接口 20：SRAM、DDR、带宽与延迟
  21. 嵌入式 SoC 与接口 21：Cache、一致性与可见性
  22. 嵌入式 SoC 与接口 22：DMA、描述符与环形缓冲
  23. 嵌入式 SoC 与接口 23：MMU、IOMMU 与三种地址
  24. 嵌入式 SoC 与接口 24：AXI、AHB、APB 与片内互连
  25. 嵌入式 SoC 与接口 25：零拷贝、dma-buf 与缓冲生命周期
  26. 嵌入式 SoC 与接口 26：共享内存、Mailbox 与核间通信
  27. 嵌入式 SoC 与接口 27：GPIO、Pinmux、上下拉与引脚状态
  28. 嵌入式 SoC 与接口 28：UART、RS-232 与 RS-485
  29. 嵌入式 SoC 与接口 29：I²C：地址、ACK、重复起始与上拉
  30. 嵌入式 SoC 与接口 30：SPI、QSPI 与 Flash 访问
  31. 嵌入式 SoC 与接口 31：定时器、PWM、输入捕获与编码器
  32. 嵌入式 SoC 与接口 32：I²S、PCM、TDM 与音频时钟
  33. 嵌入式 SoC 与接口 33：CAN 与 CAN FD：仲裁、帧和错误状态
  34. 嵌入式 SoC 与接口 34：USB：角色、端点、传输类型与 UVC
  35. 嵌入式 SoC 与接口 35：SD 与 SDIO：存储卡和外设功能
  36. 嵌入式 SoC 与接口 36：Ethernet：MAC、PHY、MDIO 与吞吐
  37. 嵌入式 SoC 与接口 37：PCIe：链路、枚举、BAR、中断与 DMA
  38. 嵌入式 SoC 与接口 38：MIPI 全景：CSI、DSI 与 PHY
  39. 嵌入式 SoC 与接口 39：摄像头接入：供电、复位、MCLK 与配置
  40. 嵌入式 SoC 与接口 40：CSI-2：数据类型、虚拟通道与带宽预算
  41. 嵌入式 SoC 与接口 41：显示链路：DSI、RGB、LVDS 与 HDMI
  42. 嵌入式 SoC 与接口 42：设备树、probe、IRQ 与资源生命周期
  43. 嵌入式 SoC 与接口 43：实时性、中断延迟与优先级反转
  44. 嵌入式 SoC 与接口 44：万用表、示波器、逻辑分析仪与 JTAG
  45. 嵌入式 SoC 与接口 45：综合排障：无图、花屏、丢帧与 NPU 慢
  46. 嵌入式 SoC 与接口 46：选修：Wi-Fi、Bluetooth 与蜂窝通信
  47. 嵌入式 SoC 与接口 47：选修：工业以太网、EtherCAT 与 TSN
  48. 嵌入式 SoC 与接口 48：选修：FPGA、流水线与时序约束
  49. 嵌入式 SoC 与接口 49：选修：长距离视频 SerDes 与 A-PHY
  50. 嵌入式 SoC 与接口 50：选修：温度、功耗、EMC 与长期可靠性
嵌入式 SoC 与接口 24：AXI、AHB、APB 与片内互连的封面

第 24 / 50 课 · 核心课程。返回课程合集。

不同协议服务不同复杂度的连接

AMBA 是协议家族，AXI 常用于高性能互连，AHB 常见于较简洁的系统连接，APB 常用于外设寄存器控制。具体版本与扩展不同，不应把所有 AXI、AHB 实现都视为相同能力。

AXI 的地址、数据与响应通道分离，允许更灵活的并发和流水；APB 采用较简单的访问阶段。寄存器访问的总线频率不能直接等于持续数据传输带宽，还要考虑等待、仲裁、响应和桥接。

握手要求双方共同满足

以 ready/valid 思路为例，只有两者同时有效的周期才完成一次传输。生产者声明有效但消费者施加背压时，必须按协议保留数据。把 valid 周期数当作完成数会高估吞吐。

突发可以摊薄地址开销，但有长度和边界约束。多个主设备争用同一 DDR 端口时，QoS 与仲裁策略会影响延迟，优先级也不等于任何负载下的绝对时限保证。

AXI、AHB、APB 与片内互连：请求与通道、握手和背压、仲裁与突发

练习与参考结论

代码给出 valid 与 ready 序列，计算实际握手次数并输出停顿周期。假设 64 位数据总线、200MHz、每周期一拍，仅理论数据上限为 1.6GB/s，尚未扣除任何停顿。

分析一段硬件总线 trace 时，将请求、接受和响应分开。没有等待的微基准不代表多个加速器并发时仍有相同吞吐。

配套代码

下载包包含独立运行所需文件，使用 Python 标准库；这里验证机制和计算，不代表开发板测量结果。

运行本课机制与计算示例

查看完整代码：main.py
def main():
    valid = [1, 1, 1, 0, 1, 1]
    ready = [0, 1, 0, 1, 1, 1]
    transfers = [i for i, (v, r) in enumerate(zip(valid, ready)) if v and r]
    stalls = [i for i, (v, r) in enumerate(zip(valid, ready)) if v and not r]
    assert transfers == [1, 4, 5] and stalls == [0, 2]
    print("accepted cycles", transfers, "backpressure cycles", stalls)
    print("64-bit / 200MHz ideal GB/s:", 64 / 8 * 200e6 / 1e9)


if __name__ == "__main__":
    main()
下载代码

在项目根目录执行；下载包解压后，在解压目录执行 python3 main.py。

cd 'content/posts/驱动、bootloader、文件系统/嵌入式SoC与接口/24-AXI、AHB、APB 与片内互连/code' && python3 main.py

延伸阅读

上一课：MMU、IOMMU 与三种地址 · 下一课：零拷贝、dma-buf 与缓冲生命周期