JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.2
no.2
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pp.132-140
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2002
This paper presents an ARM-based SOC bus transaction verification IP and the usage experiences in SOC designs. The verification IP is an AMBA AHB protocol checker, which captures legal AHB transactions in FSM-style signal sequence checking routines. This checker can be considered as a reusable verification IP since it does not change unless the bus protocol changes. Our AHB protocol checker is designed to be scalable to any number of AHB masters and reusable for various AMBA-based SOC designs. The keys to the scalability and the reusability are Object-Oriented Programming (OOP), virtual port, and bind operation. This paper describes how OOP, virtual port, and bind features are used to implement AHB protocol checker. Using the AHB protocol checker, an AHB simulation monitor is constructed. The monitor checks the legal bus arbitration and detects the first cycle of an AHB transaction. Then it calls AHB protocol checker to check the expected AHB signal sequences. We integrate the AHB bus monitor into Verilog simulation environment to replace time-consuming visual waveform inspection, and it allows us to find design bugs quickly. This paper also discusses AMBA AHB bus transaction coverage metrics and AHB transaction coverage analysis. Test programs for five AHB masters of an SOC, four channel DMAs and a host interface unit are executed and transaction coverage for DMA verification is collected during simulation. These coverage results can be used to determine the weak point of test programs in terms of the number of bus transactions occurred and guide to improve the quality of the test programs. Also, the coverage results can be used to obtain bus utilization statistics since the bus cycles occupied by each AHB master can be obtained.
The multi-layer advanced high-performance bus (ML-AHB) BusMatrix proposed by ARM is an excellent architecture for applying embedded systems with low power. However, there is one clock cycle delay for each master in the ML-AHB BusMatrix of the advanced microcontroller bus architecture (AMBA) design kit (ADK) whenever a master starts new transactions or changes the slave layers. In this letter, we propose an improved design method to remove the one clock cycle delay in the ML-AHB BusMatrix of an ADK. We also remarkably reduce the total area and power consumption of the ML-AHB BusMatrix of an ADK with the elimination of the heavy input stages.
In the System on a Chip design, the on chip bus is one of the critical factors that decides the overall system performance. Especially, in the case or reusing the IPs such as processors, DSPs and multimedia IPs that requires higher bandwidth, the bandwidth problems of on chip bus are getting more serious. Recently ARM proposes the Multi-Layer AHB BusMatrix that is a highly efficient on chip bus to solve the bandwidth problems. The Multi-Layer AHB BusMatrix allows parallel access paths between multiple masters and slaves in a system. This is achieved by using a more complex interconnection matrix and gives the benefit of increased overall bus bandwidth, and a more flexible system architecture. However, there is one clock cycle delay for each master in existing Multi-Layer AHB BusMatrix whenever the master starts new transactions or changes the slave layers because of the Input Stage and arbitration logic realized with Moore type. In this paper, we improved the existing Multi-Layer AHB BusMatrix architecture to solve the one clock cycle delay problems and to reduce the area overhead of the Input Stage. With the elimination of the Input Stage and some restrictions on the arbitration scheme, we tan take away the one clock cycle delay and reduce the area overhead. Experimental results show that the end time of total bus transaction and the average latency time of improved Multi-Layer AHB BusMatrix are improved by $20\%\;and\;24\%$ respectively. in ease of executing a number of transactions by 4-beat incrementing burst type. Besides the total area and the clock period are reduced by $22\%\;and\;29\%$ respectively, compared with existing Multi-layer AHB BusMatrix.
Lee Chan-Ho;Lee Sang-Hun;Kim Eung-Sup;Lee Hyuk-Jae
Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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v.33
no.8
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pp.554-561
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2006
In recent years, as SoC design research is actively conducted, a large number of IPs are included in a system. Various bus protocols and bus architectures are designed to increase IP reusability. Among them, the AMBA AHB became a de facto standard although it is somewhat inadequate for a large scale SoC. We proposed SNP and SNA, high performance on-chip-bus protocol and architecture, respectively, to solve the problem of the conventional shared buses. However, it seems to be imperative that the new on-chip-bus system support AMBA-compatible IPs for a while since there are a lot of IPs with AMBA interface. In this paper, we propose an extended SNP specification and a corresponding SNA component to support ABMA-compatible IPs used in SNA - based system. We extend the phase of the SNP by 1 bit to add new 8 phases to support communication based on AMBA protocol without penalty of elongated cycle latency. The ARB-to -XSNP converter translates the protocol between AHB and SNP to attach AMBA -compatible IPs to SNA based system. We show that AMBA IPs can communicate through SNP without any degradation of performance using the extended SNP and AHB - to- XSNP converter.
In this paper, several cases of multi-shared bus architecture are discussed and in order to decrease the bridge latency, the architecture introducing a memory decoder is proposed. Finally, a LCD controller using DMA master is integrated in this bus architecture that is verified due to RTL simulation and FPGA board test. DMA, LCD line buffer and SDRAM controller are normally operated in the timing simulation using ModelSim tool, and the LCD image is confirmed in the real FPGA board containing LCD panel.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.2
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pp.343-350
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2016
A secure and effective on-chip bus for detecting and preventing malicious attacks by infected IPs is presented in this paper. Most system inter-connects (on-chip bus) are vulnerable to hardware Trojan (Malware) attack because all data and control signals are routed. A proposed secure bus with modifications in arbitration, address decoding, and wrapping for bus master and slaves is designed using the Advanced High-Performance and Advance Peripheral Bus (AHB and APB Bus). It is implemented with the concept that arbiter checks share of masters and manage infected masters and slaves in every transaction. The proposed hardware is designed with the Xilinx 14.7 ISE and verified using the HBE-SoC-IPD test board equipped with Virtex4 XC4VLX80 FPGA device. The design has a total gate count of 39K at an operating frequency of 313MHz using the $0.13{\mu}m$ TSMC process.
Eunbae Gil;Chan Park;Juho Kim;Joonho Chung;Joosock Lee;Seongsoo Lee
Journal of IKEEE
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v.28
no.1
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pp.116-122
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2024
AMBA AHB-Lite bus is widely used in on-chip bus protocol for low-power and cost-effective SoC. However, it lacks built-in error detection and correction for end-to-end data integrity. This can lead to data corruption and system instability, particularly in harsh environments like automotive applications. To mitigate this problem, this paper proposes the application of SEC-DED (Single Error Correction-Double Error Detection) to AMBA AHB-Lite bus. It aims not only to detect errors in real-time but also to correct them, thereby enhancing end-to-end data integrity. Simulation results demonstrate real-time error detection and correction when errors occur, which bolsters end-to-end data integrity of automotive on-chip bus.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.44
no.4
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pp.24-31
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2007
Up to date, a lot of bus protocol and bus architecture are released though most of them are based on the shared bus architecture and inherit the limitation of performance. SNP (SoC Network Protocol), and hence, SNA (SoC Network Architecture) which are high performance on-chip-bus protocol and architecture, respectively, have been proposed to solve the problems of the conventional shared bus. We refine the SNA specification and improve the performance and functionality. The performance of the SNA is improved by supporting simultaneous routing for bus request of multiple masters. The internal routing logic is also improved so that the gate count is decreased. The proposed SNA employs XSNP (extended SNP) that supports almost perfect compatibility with AMBA AHB protocol without performance degradation. The hardware complexity of the improved SNA is not increased much by optimizing the current routing logic. The improved SNA works for IPs with the original SNP at its best performance. In addition, it can also replace the AMBA AHB or interconnect matrix of a system, and it guarantees simultaneous multiple channels. That is, the existing AMBA system can show much improved performance by replacing the AHB or the interconnect matrix with the SNA. Thanks to the small number of interconnection wires, the SNA can be used for the off-chip bus system, too. We verify the performance and function of the proposed SNA and XSNP simulation and emulation.
RISC-V is an open instruction set architecture (ISA) developed in 2010 at UC Berkeley, and active research is being conducted as a processor to compete with ARM. In this paper, we propose an SoC system including an RV32I ISA-based 32-bit 5-stage pipeline processor and AHB bus master. The proposed RISC-V processor supports 37 instructions, excluding FENCE, ECALL, and EBREAK instructions, out of a total of 40 instructions based on RV32I ISA. In addition, the RISC-V processor can be connected to peripheral devices such as BRAM, UART, and TIMER using the AHB-lite bus protocol through the proposed AHB bus master. The proposed SoC system was implemented in Arty A7-35T FPGA with 1,959 LUTs and 1,982 flip-flops. Furthermore, the proposed hardware has a maximum operating frequency of 50 MHz. In the Dhrystone benchmark, the proposed processor performance was confirmed to be 0.48 DMIPS.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2004.10a
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pp.553-555
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2004
SoC 분야에서 온 칩 버스는 전체 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 이에 따라 최근 ARM 사에서는 고성능 온 칩 버스 구조인 ML(Multi-Layer) AHB 버스를 제안하였다. ML AHB 버스는 저전력 임베디드 시스템에 적합한 버스 구조로써 현재 널리 사용되고 있다. 하지만, 고가이기 때문에 ADK(AMBA$^{TM}$ Design kit) 구매에 대한 부담이 적지 않다. 본 논문은 ML AHB의 버스 구조인 버스 매트릭스 구현 및 ADK에서 제공되지 않는 테스트 환경 즉, Protocol Checker 및 Performance Monitor Module 구현에 관한 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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