An Improvement of Implementation Method for Multi-Layer AHB BusMatrix

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.

ML-AHB 버스 매트릭스 구현 방법의 개선

시스템 온 칩 설계에서 온 칩 버스는 전체 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 특히 프로세서, DSP 및 멀티미디어 IP와 같이 보다 높은 버스 대역폭을 요구하는 IP가 사용될 경우 온 칩 버스의 대역폭 문제는 더욱 심각해진다. 이에 따라 최근 ARM 사에서는 고성능 온 칩 버스 구조인 ML-AHB 버스 매트릭스를 제안하였다. ML-AHB 버스 매트릭스는 시스템 내의 다중 마스터와 다중 슬레이브간의 병렬적인 접근 경로를 제공하여 전체 버스 대역폭을 증가시켜주고, 최근 많은 프로세서 요소들을 사용하는 휴대형 기기 및 통신 기기 등에 적합한 고성능 온 칩 버스 구조이다. 하지만 내부 컴포넌트인 입력 스테이지와 무어 타입으로 구현된 중재 방식으로 인해 마스터가 새로운 전송을 수행할 때 또는 슬레이브 레이어를 변경할 때 마다 항상 1 클럭 사이클 지연 현상이 발생된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 ML-AHB 버스 매트릭스 구조를 개선하였다. 기존 버스 매트릭스 구조에서 입력 스테이지를 제거하고, 개선된 구조에 적합하도록 중재 방식을 변경하여 1 클럭 사이클 지연 문제를 해결하였다. 개선된 결과 4-beat incrementing 버스트 타입으로 다수의 트랜잭션을 수행할 경우, 기존 ML-AHB 버스 매트릭스에 비해 전체 버스 트랜잭션 종료 시간 및 평균 지연 시간이 각각 약 $20\%,\;24\%$ 정도 짧아졌다. 또한 FPGA의 슬라이스 수는 기존의 ML-AHB 버스 매트릭스보다 약 $22\%$ 정도 감소하였고, 클럭 주기도 약 $29\%$ 정도 짧아졌다.