高级微控制器总线架构

用于ARM架构下系统芯片设计中的总线架构

高级微控制器总线架构（英语：Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA）是用于ARM架构下系统芯片（SoC）设计中的一种总线架构，由安谋国际科技于1996年开发。它在超大规模集成电路设计中有着重要的作用。

简介

高级微控制器总线架构（英语：Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA）是用于ARM架构下系统芯片（SoC）设计中的一种总线架构，由安谋国际科技于1996年开发。它在超大规模集成电路设计中有着重要的作用。随着该架构的发展，它的应用逐渐超出了微控制器的范畴，如今在特殊应用集成电路（ASIC）以及系统芯片设计项目中也得到广泛应用，这些集成电路产品是现代移动设备（如智能手机）的重要组成部分。

安谋控股

安谋控股公司（英语：ARM Holdings plc.），又称ARM公司，是总部位于英国英格兰剑桥的半导体设计与软件公司。主要的产品是ARM架构处理器及相关外围组件的电路设计方案，产品以知识产权核授权的形式与相应的软件开发工具一起向客户销售。目前是日本软银集团旗下的子公司。

ARM架构

ARM架构，过去称作高级精简指令集机器（英语：Advanced RISC Machine，更早称作：Acorn RISC Machine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。但在其他领域上也有很多作为，由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通信领域，匹配其主要设计目标为低成本、高性能、低耗电的特性。另一方面，超级计算机消耗大量电能，ARM同样被视作更高效的选择。

至2009年为止，ARM架构处理器占市面上所有32位嵌入式RISC处理器90%的比例，使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到，从便携式设备（PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏和计算机）到计算机外设（硬盘、桌面型路由器），甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的衍伸产品，重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

2011年，ARM的客户报告79亿ARM处理器出货量，占有95%的智能手机、90%的硬盘驱动器、40%的数字电视和机上盒、15%的微控制器、和20%的移动计算机。在2012年，微软与ARM科技生产新的Surface平板电脑，AMD宣布它将于2014年开始生产基于ARM核心的64位服务器芯片，2016年，日本富士通公司宣布下一代“京”超级计算机将采用ARM架构。

2016年7月18日，日本软银集团斥资3.3万亿日元（约合311亿美元）将设计ARM的公司ARM Holdings收购。

系统芯片

系统芯片（英语：System on Chip，缩写：SoC）是一个将电脑或其他电子系统集成到单一芯片的集成电路。系统芯片可以处理数字信号、模拟信号、混合信号甚至更高频率的信号。系统芯片常常应用在嵌入式系统中。系统芯片的集成规模很大，一般达到几百万门到几千万门。

尽管微控制器通常只有不到100 kB的随机存取存储器，但是事实上它是一种简易的、功能弱化的单芯片系统，而“系统芯片”这个术语常被用来指功能更加强大的处理器，这些处理器可以运行Windows和Linux的某些版本。系统芯片更强的功能要求它具备外部存储芯片，例如有的系统芯片配备了闪存。系统芯片往往可以连接额外的外部设备。系统芯片对半导体器件的集成规模提出了更高的要求。为了更好地执行更复杂的任务，一些系统芯片采用了多个处理器核心。

基本架构

典型的系统芯片具有以下部分：

数据的流动主要借助了系统中的I/O总线，例如安谋国际科技公司的高级微控制器总线架构。采用DMA控制器，则可以使得外部数据直接被传送到存储器，无需经过中央处理器，这可以大大改善数据吞吐的效率。

设计流程

一个完整系统芯片由硬件和软件两部分组成，其中软件用于控制硬件部分的控制器、微处理器或数字信号处理器核心以及外部设备和接口。系统芯片的设计流程主要是其硬件和软件的设计。

由于系统芯片的集成度已经达到数百万门，工程师必须尽可能采取可重用的设计思路。大部分的系统芯片都使用了预定义的半导体知识产权核（IP核，包括软核、硬核和固核），以可重用设计的方式来完成快速设计。与以往的集成电路设计相比，可重用设计要求设计人员的工作更加标准化，例如规范的代码书写风格等等。设计人员需要关注硬件驱动程序的实现，从而实现具体的功能。协议栈是一个重要的概念，它与诸如通用串行总线的接口的工业标准有关。设计人员通常使用计算机辅助工程工具来把已经设计（或者购买）的核连接在一起，这时集成开发环境可以被用来整合包含不同子功能的模块。

设计的芯片在被送到工厂进行硬件工艺制造之前，设计人员会采取不同方式对芯片的逻辑功能进行验证。功能验证的重要性丝毫不亚于集成电路设计，对于现代的超大规模集成电路，这一步骤在整个设计周期中将花费相当的时间和金钱。为了应对芯片极高的复杂程度，类似SystemVerilog、SystemC、e验证语言和OpenVera的硬件验证语言逐渐变得流行。在验证阶段，系统软件的程序错误可以被反馈到设计人员那里，以便进行针对性的修正。

工程师通常会使用精心设计的仿真器或者在通用的现场可编程逻辑门阵列（FPGA）上运行程序，来测试之前进行的系统级、行为级（或用另一个术语寄存器传输级，即RTL）的设计代码，这一步的目的是在设计项目在进行最后的硬件生产（投片）之前，其软、硬件的功能、性能得到最后的确认，并改正所有功能、时序、功耗上的错误。

其中，使用现场可编程逻辑门阵列构建产品原型的工作方式可以让工程师评估、测试各种刺激（stimulus）施加在系统时，系统的运行状态。相关的电子设计自动化工具包括Certus，它可以被用来分析、检测系统设计的寄存器传输级代码，监视其中的变量和信号在整个运行过程中的变化。

在功能验证过程结束之后，工程师还会采取计算机辅助工程的方式完成布局、布线流程，这一步他们需要关注何种布局布线方式可以尽可能地减少连线之间的信号干扰和延迟，功率也是另外一个考虑的重点。

专用集成电路

专用集成电路（英语：Application-specific integrated circuit，缩写：ASIC），是指依产品需求不同而客制化的特殊规格集成电路；相反地，非客制化的是应用特定标准产品（Application-specific standard product）集成电路。

专用集成电路是由特定使用者要求和特定电子系统的需要而设计、制造。由于单个专用集成电路芯片的生产成本很高，如果出货量较小，则采用专用集成电路在经济上不太实惠。这种情况可以使用可编程逻辑器件（如现场可编程逻辑门阵列）来作为目标硬件实现集成电路设计。此外，可编程逻辑器件具有用户可编程特性，因此适合于大规模芯片量产之前的原型机，来进行调试等工作。但是可编程逻辑器件在面积、速度方面的优化程度不如全定制的集成电路。

一般专用集成电路的ROM和RAM都在出厂前经过掩膜（MASK），如常用的红外线遥控器发射芯片就是这种芯片。

专用集成电路的特点是面向特定用户的需求，品种多、批量少，要求设计和生产周期短，它作为集成电路技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物，与通用集成电路相比具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。