前言：

本文是個(gè)人FPGA項(xiàng)目《基于AMBA總線的流水燈控制器系統(tǒng)》中的第二章節(jié)，

文章主要內(nèi)容是介紹項(xiàng)目中AHB2APB Bridge模塊的Verilog設(shè)計(jì)方法，

由于該模塊在AMBA總線架構(gòu)中具有不可替代的地位，因此本文章所介紹的設(shè)計(jì)方法和思路在其他設(shè)計(jì)項(xiàng)目中具有很強(qiáng)的通用性，

《基于AMBA總線的流水燈控制器系統(tǒng)》介紹了一個(gè)完全用Verilog HDL手寫的AMBA片上系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于AMBA總線的流水燈控制系統(tǒng)，

項(xiàng)目中所有數(shù)字電路邏輯RTL設(shè)計(jì)都是通過(guò)Verilog進(jìn)行的，不會(huì)調(diào)用成熟IP核，

RTL模型的仿真、綜合與布線在Vivado平臺(tái)上完成，最后在FPGA開發(fā)板上進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。

對(duì)于FPGA項(xiàng)目感興趣的朋友們，可以參照本人發(fā)布于博客園的設(shè)計(jì)文檔與項(xiàng)目在FPGA開發(fā)板上的運(yùn)行演示視頻：

博客園鏈接：https://www.cnblogs.com/sjtu-zsj-990702/p/17251396.html

FPGA上板驗(yàn)證視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1EM4y1U7QP/?spm_id_from=333.788.top_right_bar_window_default_collection.content.click

正文：

AHB2APB Bridge是AHB與APB總線之間的橋梁，負(fù)責(zé)兩種協(xié)議信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，

AHB2APB Bridge的模塊框圖和信號(hào)定義如下：

AHB2APB Bridge既是AHB總線上的一個(gè)Slave，也作為APB總線上唯一的Master，

其任務(wù)是將來(lái)自于AHB總線上的信號(hào)轉(zhuǎn)化為APB信號(hào)，實(shí)現(xiàn)AHB系統(tǒng)和APB的互聯(lián)，

2.1 AHB2APB Bridge有限狀態(tài)機(jī)

那么如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以完成上述功能的Bridge模塊呢？

答案是通過(guò)一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)（FSM，F(xiàn)inite State Machine）來(lái)進(jìn)行控制，

看看一次典型的AHB到APB信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)序圖（以Read為例）：

在T1-T2期間，Bridge作為AHB總線上的Slave被HADDR選中，

在T2-T4兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，Bridge將AHB的HADDR上的地址Addr1放在APB總線的PADDR上，

其中T2-T3，PENABLE尚未被拉高，且HREADY會(huì)被Bridge拉低，因?yàn)锳PB的傳輸速度是低于AHB的，需要AHB總線上的Master進(jìn)行等待，

而T3-T4，PENABLE被Bridge使能，數(shù)據(jù)信息被放上PRDATA并且由Bridge轉(zhuǎn)交給HRDATA，

我們將T1-T2，T2-T3，T3-T4這個(gè)周期分別稱為IDLE，SETUP和ENABLE，

于是我們得到AHB2APB Bridge的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換示意圖：

總結(jié)一下：

1. 對(duì)于SETUP，下一個(gè)周期必定跳往ENABLE，

由于本項(xiàng)目用的是APB-Lite，沒有PREADY信號(hào)，所有APB傳輸必須在兩個(gè)周期完成

2. 對(duì)于IDLE或ENABLE，若總線上有傳輸，則下一個(gè)周期為SETUP；若無(wú)，則下一個(gè)周期為IDLE

（“有無(wú)傳輸”，意思是AHB端的HADDR是否選中APB上的設(shè)備）

注意：在T2-T4傳輸Data1后，APB總線又在T4-T6兩個(gè)周期內(nèi)完成了Data2的傳輸，

這兩次傳輸之間并沒有經(jīng)歷IDLE狀態(tài)，這表明當(dāng)AHB總線上仍然有傳輸任務(wù)時(shí)，ENABLE狀態(tài)直接跳往SETUP狀態(tài)以準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸，

由此我們得到AHB2APB Bridge的狀態(tài)機(jī)：

2.2 AHB與APB信號(hào)轉(zhuǎn)換

完成上述狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)后，剩下的工作就非常簡(jiǎn)單了，我們需要把AHB總線上的信號(hào)放到APB總線上：

1. APB上的控制信號(hào)（PWRITE，PADDR）與數(shù)據(jù)信號(hào)（PWDATA，PRDATA）都是直接從AHB那邊的信號(hào)拿過(guò)來(lái)的，

2. PENABLE只在ENABLE狀態(tài)下拉高，

3. PSELx取決于HADDR落在APB總線上哪個(gè)外設(shè)的地址空間范圍內(nèi)，在本設(shè)計(jì)中，APB Slave為APB GPIO模塊

于是可以得到AHB與APB信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

最后，

附上AHB2APB Bridge模塊的完整RTL：