OPB总线学习日志

    在Xilinx EDK的Microblaze软核中有用到多种总线接口，其中OPB(On-chip Peripheral Bus)是一种将各种外部设备连接到Microblaze处理系统中的一种总线接口，比如Timer/Counter、Gpio、Uart等，就是通过OPB总线连接到Microblaze处理器内核。

    OPB总线能够在不影响OPB仲裁器（Arbiter)和总线上已连接的外围设备基础上添加新的外围设备，同步于系统时钟，共享32位地址总线，以及32位数据总线，支持主从设备之间单一周期数据传送。

（这里要说明下PLB总线，它是PowerPC硬核的高速总线，64位数据总线宽度，地址和读写数据总线分离，具备分别传输的能力。现在最新的ISE11已经将Microblaze的OPB总线也搞成PLB总线，目前还不确定是不是仅仅改了名称而已。问题：地址和读写数据总线分离怎么理解？是读和写操作可以同时进行？）

    OPB总线包含4个组成部分：（1）主设备 Master Device 最大16个（可能是受限于仲裁器）

                            （2）从设备 Slave Device 无限制，受限于FPGA的硬件资源

                            （3）仲裁器 Arbiter 根据设定的优先级，判决主设备的总线占用顺序

                            （4）互联器 Interconnect 用OR逻辑将各个主设备的地址，数据连接起来

总线的结构：

    总线，是指提供的一个数据通道，使得多个设备之间可以进行数据传递。能够主动向总线发出请求的是主设备（Master），只能被动接收请求的是从设备（Slave）。所以总线的系统结构一般分为三个部分：（1）Master

（2）Slave，

（3）总线逻辑，总线逻辑由互连器（Interconnect)和仲裁器(Arbiter)两部分组成。

    总线操作的一般流程是：Master向总线发出读写请求，总线逻辑接受请求并负责把这些请求传送给从设备；从设备收到后执行读写操作，完成后给出确认信号，总线逻辑再负责把确认信号传送给主设备，主设备收到确认后，数据传输过程完成。
    有的总线结构只允许有一个Master，而有的可以有几个Master。OPB总线属于后者。当可以有好几个Master时，如果多个Master都向总线发出请求，这时就需要进行仲裁，以确定哪个Master可以占有总线。因此，如果总线上挂有多个Master，就需要仲裁器（Arbiter）；反之，如果只有一个Master（包括可以有几个Master但实际上只使用一个Master的情况），就一定不需要仲裁器。
    总线上往往有多个Slave，因为如果只有一个Master和一个Slave的话，似乎也就没有必要采用总线，直接传输数据就可以了。那么既然有多个Slave，Master向总线发出请求时，如何区分是对哪个Slave进行操作呢？这是通过地址来分辨的。Master向总线发出请求时，总是会将要操作的地址送出来，这个地址可能是通过单独的地址线，也可能是复用数据线。（片上总线往往采用单独的地址线，与外部连接的总线则往往复用以节省引脚数。）每个Slave都被分配有互不重叠的地址空间，根据这个地址和自己的地址空间比较，就可以知道Master是不是对自己进行操作，从而可以判断是否应该做出响应。

OPB总线信号命名规则：
    OPB总线中的信号命有三种：

   （1）Mn_打头的，是Master的输出；

   （2）Sln_打头的，是Slave的输出；

   （3）OPB_打头的，是总线逻辑的输出。

    OPB总线的连经逻辑采用OR逻辑，因此，当一个Master或者Slave不对总线输出时，应该将其输出置为0，就可以不影响总线的正常工作。

    总线逻辑一般都是接受Master的输出后，进行一定的或运算，变成OPB_打头的输出，送给Slave；或者接受Slave的输出后，进行一定的或运算，变成OPB_打头的输出，送给Master。所以，对于Master而言，它需要处理的信号有两种，Mn_打头的是它的输出，OPB_打头的是它的输入。对于Slave而言，它需要处理的信号也是两种，Sln_打头的是它的输出，OPB_打头的是它的输入。 

OPB总线的复位：

    OPB总线可以被多种复位信号复位，不过上电复位优先级最高。当FPGA装载成功后，系统会自动花费16个时钟周期来复位OPB总线，在这期间，OPB不响应任何其他复位信号的复位动作。其他复位信号有：

（1）SYS_Rst 系统复位 （2）WDT_Rst 看门狗定时器溢出复位 （3）Debug_SYS_Rst 通过JTAG接口，在调试软件上控制复位OPB总线（如何操作还需要另外研究研究）

OPB总线事物处理流程：
    （1）Master首先发出Mn_Request信号，要求占用总线；

    （2）仲裁器根据该周期的总线情况和其他Master的请求及优先权，可能回复OPB_Grant信号告知Master可能使用总线。

    （3）Master收到Grant后，发出Mn_Select占用总线，同时发出地址Mn_ABus和读写信号Mn_RNW，如果是写还会给出数据Mn_DBus。总线逻辑将这些转化为OPB_Select，OPB_ABus，OPB_RNW，OPB_DBus并送给Slave。

    （4）Slave根据OPB_Select和OPB_ABus来判断是否应该做出响应。如果是属于自己的地址空间，则升高Sln_En占据总线，同时完成相应的操作，并返回数据Sln_DBus和数据有效信号Sln_XferAck。

    （5）总线逻辑将Sln_DBus和Sln_XferAck转化为OPB_DBus和OPB_XferAck，并送给Master。Master收到后降低Mn_Select，结束总线事务。