非流水型总线实例

9.1　非流水型总线实例

本节将介绍一个简单的非流水型总线设计实例（如图9-1所示），以此作为参考用例介绍验证平台中的模块的相关概念。该例中，所有信号都在总线时钟（clk）上升沿触发。

图9-1　简单的非流水线型设计实例

表9-1列举了该例中的简单非流水线型总线的所有信号。

表9-1

图9-2构造了一个描述控制信号sel和en有效转换的概念状态机，用于帮助理解该非流水线型总线实例的操作（从设备侧）。

复位信号有效后（rst==1’b1），总线初始化到缺省状态INACTIVE，此时sel和en信号均无效。当总线进入START状态，发起数据传输，此时主设备置位从设备片选信号sel有效，选择该从设备。

图9-2　简单非流水线型总线概念状态机

总线在START状态仅停留一个周期，当下个时钟上升沿到来，总线将转移到ACTIVE状态。ACTIVE状态也仅持续一个周期，用于数据传输，此后如果片选信号依然有效，请求下次数据传输，状态机转回START状态。而如果此后无数据请求传输，主设备置位片选信号和使能信号无效，状态机转回INACTIVE状态。

总线状态从START转移到ACTIVE过程中，地址信号（addr[7:0]）、写控制信号（write）和传输使能信号（en）需保持不变。但从ACTIVE状态回到START状态时，则无此要求。

9.1.1　基本写操作

图9-3阐明了简单非流水线型总线接口的基本写操作，它涉及一个主设备和一个从设备。

在时钟单元一内，片选信号（sel）和总线使能信号（en）均无效，因此总线处于前文定义的概念状态机的INACTIVE状态（图9-2），如图9-3所示。图中state变量是总线的定义状态，而非设计中实现的物理状态。

图9-3　完整的写操作

数据传输的第一个时钟周期称作START周期，由主设备置位片选信号发起。本例中，主设备置位sel信号，在时钟单元2上升沿被发现。在START周期，主设备在总线上放置有效地址。下一个周期放置有效数据，该数据将被写入当前选定的从设备。

事实上，只有主设备置位总线使能信号有效，总线才进入数据传输（ACTIVE状态）状态。而在本例中，这些都发生在时钟单元3的上升沿。在整个ACTIVE周期，地址信号、数据信号和控制信号均保持有效状态。

ACTIVE周期结束，主设备置位总线使能信号到无效状态，结束当前单周期写操作。如果主设备和从设备间再无数据传输（即再无写操作），主设备将置位片选信号到无效状态（如sel信号）；否则片选信号保持有效，总线返回START状态，发起下次写操作。而在总线从ACTIVE状态返回START状态期间，地址数据信号无需保持有效。

9.1.2　基本读操作

同写操作一样，在时钟单元一内片选信号（sel）和总线使能信号（en）均无效，因此总线处于前文定义的状态机的INACTIVE状态（如图9-2所示）。读操作时，地址信号、写信号、片选信号和使能信号的时序与写操作相同。ACTIVE周期中，从设备在总线上放置数据，等待主设备访问，如图9-4所示。同写操作一样，选定从设备后，总线也支持背靠背读操作。但当ACTIVE周期完成后，总线必须返回START状态。

图9-4　完整的读操作

9.1.3　非流水线型总线需求

在为基于模块的监视器构造断言之前，首先需用自然语言列出所有需求。表9-2对所有需求进行了分类。

表　9-2