20. 5.19: Работа системной шины AMBA с MMIO

20.1. Введение

Когда драйвер в Linux вызывает writel() или readl() для доступа к GPIO или другим регистрам SoC, эти вызовы преобразуются в низкоуровневые транзакции по системной шине. На Raspberry Pi 3 в SoC Broadcom BCM2837 используется шина семейства AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture).

Шина AMBA (например, AHB или APB) имеет чёткое разделение на две фазы:

  • Address phase — передача адреса и управляющих сигналов

  • Data phase — передача или приём данных

Это позволяет упростить архитектуру устройств и повысить пропускную способность.

20.2. Фазы передачи на AHB/APB

Фаза

Действие

Address Phase

Мастер (CPU) выставляет адрес, направление (чтение/запись), размер и другие управляющие сигналы.

Data Phase

При write — мастер выставляет данные. При read — slave возвращает данные.

20.3. Типичный цикл

Пример записи:

writel(1 << 21, gpio_base + 0x1C);  // Установить GPIO21

Такты:     T1         T2
          ────────────────
HADDR:     0x3F20001C     -
HWRITE:    1              -
HWDATA:    -           0x00200000 (бит 21)

Аналогично работает и чтение (readl()), только в фазе данных работает HRDATA (шина чтения).

20.4. Зачем это нужно

  • Позволяет разделить адрес и данные, упрощая схемы устройств.

  • Устройство может подготовиться к приёму/отправке данных.

  • Можно параллелить несколько транзакций — в следующем такте подать адрес следующего доступа.

20.5. GPIO Controller и MMIO

При доступе к GPIO контроллеру, например:

gpio_base = ioremap(0x3F200000, 0xB4);
writel(1 << 21, gpio_base + GPSET0);

Выполняется следующая последовательность:

  1. CPU выставляет адрес 0x3F20001C (регистр GPSET0) и сигнал записи

  2. Во второй фазе передаются данные 0x00200000 (бит 21)

  3. GPIO-контроллер принимает команду и выставляет HIGH на пине GPIO21

20.6. Таблица сигнальных линий AMBA AHB (базовая)

Сигнал

Назначение

HADDR

Адрес в MMIO-пространстве (32/64 бит)

HWDATA

Данные на запись

HRDATA

Данные на чтение

HWRITE

Направление: 1 — запись, 0 — чтение

HTRANS

Тип трансфера (IDLE, NONSEQ, SEQ)

HREADY

Готовность к завершению текущей фазы

HSEL

Выбор slave-устройства

20.7. Вывод

  • Каждая транзакция по AMBA состоит из адресной и дата-фазы

  • При работе с MMIO (например, GPIO), эти две фазы проходят на каждом readl() / writel()

  • Это позволяет Linux-драйверам обращаться к железу как к обычной памяти, через стандартные вызовы

Следующая тема: проектируем собственный RGB-драйвер, работающий через MMIO.