APB总线协议是一种低成本接口，为最低功耗做了优化，并减少接口复杂度。APB不支持pipeline，是一种简单的同步协议，每次传输最少消耗2个时钟周期。

1.接口定义(Signal Descriptions)

Signal	Source	Width	Description
PCLK	Clock	1	时钟信号
PRESETn	System bus reset	1	复位信号
PADDR	Requester	ADDR_WIDTH	读写地址信号，最高32bit位宽
PSELx	Requester	1	片选信号
PWRITE	Requester	1	方向信号，1：写，0：读
PENABLE	Requester	1	使能信号，声明传输的第二个周期
PWDATA	Requester	DATA_WIDTH	写数据信号，支持8、16、32bit位宽
PSTRB	Requester	DATA_WIDTH/8	总线byte选择信号，高有效
PREADY	Completer	1	表明completer将会完成一次传输
PRDATA	Completer	DATA_WIDTH	读数据信号，支持8、16、32bit位宽
PSLVERR	Completer	1	错误信号，表明一次传输错误
PPROT	Requester	3	保护等级信号
PNSE	Requester	1	保护等级的扩展信号
PWAKEUP	Requester	1	唤醒信号
PAUSER	Requester	USER_REQ_WIDTH	用户请求属性，最高128bits
PWUSER	Requester	USER_DATA_WIDTH	用户写数据属性，最高DATA_WIDTH/2
PRUSER	Completer	USER_DATA_WIDTH	用户读数据属性，最高DATA_WIDTH/2
PBUSER	Completer	USER_RESP_WIDTH	用户回应属性，最高16bits

以上信号可以分为以下几类：

首先，以下几类可以完成核心的读写功能：

• 全局信号：PCLK，PRESETn；
• 传输第一周期核心信号：PADDR，PSELx，PWRITE，PWDATA，PRDATA；
• 传输第二周期核心信号：PENABLE，PREADY；

此外，还存在一些读写辅助信号：

• 传输第一周期辅助信号：PSTRB，PPROT，PNST，PWAKEUP​​​
• 传输第二周期辅助信号：PSLVERR

最后，存在一些非必要用户定义信号：

• 用户自定义信号：PAUSER，PWUSER，PRUSER，PBUSER

2.读写时序(Transfer)

1) write transfer with no wait states

T1时刻：requester发起写请求，需要将要写的数据和地址输入到总线，拉高PWRITE指明数据方向，以及通过PSEL选择数据接收方。

T2时刻：requester在transfer的第二个时钟周期开始拉高PENABLE；同时，completer由于检测到PSEL和PWRITE，拉高PREADY信号回应requester的写请求。

T3时刻：completer检测到PENABLE信号为高，完成数据接收，并将PREADY拉低；同时，requester检测到PREADY为高，认定此次write操作已经完成，最终将上述所有信号拉低，完成一次transfer。

2) write transfer with wait states

T1时刻：同上。

T2时刻：requester在transfer的第二个时钟周期开始拉高PENABLE；同时，completer由于检测到PSEL和PWRITE，本应拉高PREADY信号回应requester的写请求，但由于本身未处于IDLE状态，无法完成数据接收，所以继续保持PREADY信号为低，以让requester保持本次transfer等待后续处理。

T3时刻：completer继续保持PREADY为低；同时，requester检测到PREADY为低，等待此次write操作完成，并保持上述信号。

T4时刻：completer进入IDLE状态，拉高PREADY；同时，requester仍检测到PREADY为低，等待此次write操作完成，并保持上述信号。

T5时刻：completer完成数据接收，拉低PREADY；同时，requester终于检测到PREADY为高，认为此次write操作已经完成，对上述信号进行释放。

以下信号需要在PREADY拉低的过程中保持不变：

• Address signal, PADDR
• Direction signal, PWRITE
• Select signal, PSELx
• Enable signal, PENABLE
• Write data signal, PWDATA
• Write strobe signal, PSTRB
• Protection type signal, PPROT
• User request attribute, PAUSER
• User write data attribute, PWUSER

3) read transfer with no wait states

T1时刻：requester发起写请求，需要将要读的地址输入到总线，拉低PWRITE指明数据方向，并通过PSEL选择数据接收方。

T2时刻：requester在transfer的第二个时钟周期开始拉高PENABLE；同时，completer由于检测到PSEL和PWRITE，拉高PREADY信号并将读数据驱动到总线上，回应requester的读请求。

T3时刻：completer检测到PENABLE信号为高，认为此次read操作已经完成，所以将PREADY拉低；同时，requester检测到PREADY为高，同样认定此次read操作已经完成，最终将上述所有信号拉低，完成本次transfer。

4) read transfer with wait states

T1时刻：requester发起写请求，需要将要读的地址输入到总线，拉低PWRITE指明数据方向，并通过PSEL选择数据接收方。

T2时刻：requester在transfer的第二个时钟周期开始拉高PENABLE；同时，completer由于检测到PSEL和PWRITE，但由于此时处于非IDLE状态，所以需要拉低PREADY信号，以阻塞本次操作。

T3时刻：completer由于处于非IDLE状态，需要继续拉低PREADY信号；而completer在检测到PREADY信号为低时，需要保持上述信号不变，继续等待completer处于ready状态。

T4时刻：completer在退出IDLE状态后，拉高PREADY并将读数据驱动到PRDATA；requester则继续等待PREADY信号拉高。

T5时刻：completer检测到PENABLE信号为高，认为此次read操作已经完成，所以将PREADY拉低；同时，requester检测到PREADY为高，同样认定此次read操作已经完成，最终将上述所有信号拉低，完成本次transfer。

以下信号需要在PREADY信号拉低过程中保持不变：

• Address signal, PADDR
• Direction signal, PWRITE
• Select signal, PSEL
• Enable signal, PENABLE
• Protection signal, PPROT
• User signal, PAUSER

3.操作状态（Operating States）

IDLE ：transfer的默认状态；

SETUP ： 当一个transfer的请求发起时，状态机将从IDEL跳转到SETUP状态。该状态只会维持一个时钟周期，然后跳转到ACCESS状态。在本状态下，将通过拉高对应的PSELx来选择completer，并保持PENABLE为0。

ACCESS：在该状态下，requester将检测PREADY的情况，并拉高PENABLE。如果PREADY为0，则保持在该状态下；如果PREADY为1，则根据是否具有下一笔transfer到来，而选择进入SETUP或者IDLE状态。

• PADDR •
• PPROT •
• PWRITE •
• PWDATA, only for write transactions •
• PSTRB •
• PAUSER •
• PWUSER

4.其它功能

1) write strobe

PSTRB支持写数据总线上的稀疏数据传输。每个PSTRB对应于写数据总线的1个字节。当断言为高时，PSTRB表示写数据总线的相应字节通道包含有效信息。

PSTRB[n] = PWDATA[(8n + 7):(8n)]

PSTRB是一个可选信号，所以并不是所有的requesterer和completer都具有这个信号，以下为该信号的兼容情况：

2) Error Respones

PSLVERR可用于指示APB读写传输上的错误情况，该信号由completer进行驱动，但completer并没有规定必须支持该功能。

PSLVERR仅在APB传输的最后一个周期内有效，即PSEL、PENABLE和PREADY都为高时，同PREADY信号同时拉高。当PSEL、PENABLE或PREADY为低时，PSLVERR被推荐设置为0，但 并没有硬性要求。

当一个write transfer过程中，requester收到一个error，也并不一定表明外围设备的寄存器没有被写入。

当一个read transfer过程中，requester收到一个error，可能仍然会使用总线上的数据，且无法阻止总线上的读数据。

当APB与AXI或AHB接口进行连接时，需要一定映射关系：

        APB的PSLVERR，可以连接到AXI的读命令RRESP和写命令BRESP；

        APB的PSLVERR，可以连接到AHB的读写命令HRESP；       

3）Protection unit support 

复杂的系统设计中，需要为系统内的设备和互联提供保护，来防止出现非法的数据传输。而APB总线使用PPROT[2:0]，来实现以上保护功能。

PPROT	Protection	Description	Comments
PPROT[0]	Normal or Privileged	Privileged具有访问的更高优先级	LOW - Normal HIGH - Privileged
PPROT[1]	Secure or Non-secure	用于区分处理模式	LOW - Secure HIGH - Non-secure
PPROT[2]	Data or Instruction	声明该transaction为数据或指令	LOW - DATA HIGH - Instruction

兼容性：

PPROT	Completer: signal not present	Completer: signal present
Requester: signal not present	Compatible	Not Compatible 保护信号需要连接固定信号
Requester: signal present	Compatible 保护信号可以被忽略	Compatible

4）User signaling

APB协议的用户在设计过程中，有可能会面临需要一些额外的接口信号，来实现APB总线之外的功能。User signals就是用来解决这些问题，所以这些信号的用途并没有定义。但是在通常上，这些用户接口并不推荐使用，因为不同的组件可能定义不同功能，这就导致了系统兼容性问题。

APB的一些其它功能，可以参考ARM官网的spec。以上如有理解错误，欢迎指正！
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