高級微控制器總線架構

高級微控制器總線架構（英語：Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA）是用於ARM架構下系統芯片（SoC）設計中的一種總線架構，由安謀國際科技於1996年開發。它在超大規模集成電路設計中有着重要的作用。隨着該架構的發展，它的應用逐漸超出了微控制器的範疇，如今在特殊應用集成電路（ASIC）以及系統芯片設計項目中也得到廣泛應用，這些集成電路產品是現代移動設備（如智能手機）的重要組成部分。 ^[1] 

安謀控股公司（英語：ARM Holdings plc.），又稱ARM公司，是總部位於英國英格蘭劍橋的半導體設計與軟件公司。主要的產品是ARM架構處理器及相關外圍組件的電路設計方案，產品以知識產權核授權的形式與相應的軟件開發工具一起向客户銷售。目前是日本軟銀集團旗下的子公司。 ^[2] 

ARM架構，過去稱作高級精簡指令集機器（英語：Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。但在其他領域上也有很多作為，由於節能的特點，ARM處理器非常適用於移動通信領域，匹配其主要設計目標為低成本、高性能、低耗電的特性。另一方面，超級計算機消耗大量電能，ARM同樣被視作更高效的選擇。

至2009年為止，ARM架構處理器佔市面上所有32位嵌入式RISC處理器90%的比例，使它成為佔全世界最多數的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到，從便攜式設備（PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子遊戲和計算機）到計算機外設（硬盤、桌面型路由器），甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基於ARM設計的衍伸產品，重要產品還包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。

2011年，ARM的客户報告79億ARM處理器出貨量，佔有95%的智能手機、90%的硬盤驅動器、40%的數字電視和機上盒、15%的微控制器、和20%的移動計算機。在2012年，微軟與ARM科技生產新的Surface平板電腦，AMD宣佈它將於2014年開始生產基於ARM核心的64位服務器芯片，2016年，日本富士通公司宣佈下一代“京”超級計算機將採用ARM架構。

2016年7月18日，日本軟銀集團斥資3.3萬億日元（約合311億美元）將設計ARM的公司ARM Holdings收購。 ^[3] 

系統芯片（英語：System on Chip，縮寫：SoC）是一個將電腦或其他電子系統集成到單一芯片的集成電路。系統芯片可以處理數字信號、模擬信號、混合信號甚至更高頻率的信號。系統芯片常常應用在嵌入式系統中。系統芯片的集成規模很大，一般達到幾百萬門到幾千萬門。

儘管微控制器通常只有不到100 kB的隨機存取存儲器，但是事實上它是一種簡易的、功能弱化的單芯片系統，而“系統芯片”這個術語常被用來指功能更加強大的處理器，這些處理器可以運行Windows和Linux的某些版本。系統芯片更強的功能要求它具備外部存儲芯片，例如有的系統芯片配備了閃存。系統芯片往往可以連接額外的外部設備。系統芯片對半導體器件的集成規模提出了更高的要求。為了更好地執行更復雜的任務，一些系統芯片採用了多個處理器核心。

典型的系統芯片具有以下部分：

數據的流動主要藉助了系統中的I/O總線，例如安謀國際科技公司的高級微控制器總線架構。採用DMA控制器，則可以使得外部數據直接被傳送到存儲器，無需經過中央處理器，這可以大大改善數據吞吐的效率。

一個完整系統芯片由硬件和軟件兩部分組成，其中軟件用於控制硬件部分的控制器、微處理器或數字信號處理器核心以及外部設備和接口。系統芯片的設計流程主要是其硬件和軟件的設計。

由於系統芯片的集成度已經達到數百萬門，工程師必須儘可能採取可重用的設計思路。大部分的系統芯片都使用了預定義的半導體知識產權核（IP核，包括軟核、硬核和固核），以可重用設計的方式來完成快速設計。與以往的集成電路設計相比，可重用設計要求設計人員的工作更加標準化，例如規範的代碼書寫風格等等。設計人員需要關注硬件驅動程序的實現，從而實現具體的功能。協議棧是一個重要的概念，它與諸如通用串行總線的接口的工業標準有關。設計人員通常使用計算機輔助工程工具來把已經設計（或者購買）的核連接在一起，這時集成開發環境可以被用來整合包含不同子功能的模塊。

設計的芯片在被送到工廠進行硬件工藝製造之前，設計人員會採取不同方式對芯片的邏輯功能進行驗證。功能驗證的重要性絲毫不亞於集成電路設計，對於現代的超大規模集成電路，這一步驟在整個設計週期中將花費相當的時間和金錢。為了應對芯片極高的複雜程度，類似SystemVerilog、SystemC、e驗證語言和OpenVera的硬件驗證語言逐漸變得流行。在驗證階段，系統軟件的程序錯誤可以被反饋到設計人員那裏，以便進行針對性的修正。

工程師通常會使用精心設計的仿真器或者在通用的現場可編程邏輯門陣列（FPGA）上運行程序，來測試之前進行的系統級、行為級（或用另一個術語寄存器傳輸級，即RTL）的設計代碼，這一步的目的是在設計項目在進行最後的硬件生產（投片）之前，其軟、硬件的功能、性能得到最後的確認，並改正所有功能、時序、功耗上的錯誤。

其中，使用現場可編程邏輯門陣列構建產品原型的工作方式可以讓工程師評估、測試各種刺激（stimulus）施加在系統時，系統的運行狀態。相關的電子設計自動化工具包括Certus，它可以被用來分析、檢測系統設計的寄存器傳輸級代碼，監視其中的變量和信號在整個運行過程中的變化。

在功能驗證過程結束之後，工程師還會採取計算機輔助工程的方式完成佈局、佈線流程，這一步他們需要關注何種佈局佈線方式可以儘可能地減少連線之間的信號干擾和延遲，功率也是另外一個考慮的重點。 ^[4] 

專用集成電路（英語：Application-specific integrated circuit，縮寫：ASIC），是指依產品需求不同而客製化的特殊規格集成電路；相反地，非客製化的是應用特定標準產品（Application-specific standard product）集成電路。

專用集成電路是由特定使用者要求和特定電子系統的需要而設計、製造。由於單個專用集成電路芯片的生產成本很高，如果出貨量較小，則採用專用集成電路在經濟上不太實惠。這種情況可以使用可編程邏輯器件（如現場可編程邏輯門陣列）來作為目標硬件實現集成電路設計。此外，可編程邏輯器件具有用户可編程特性，因此適合於大規模芯片量產之前的原型機，來進行調試等工作。但是可編程邏輯器件在面積、速度方面的優化程度不如全定製的集成電路。

一般專用集成電路的ROM和RAM都在出廠前經過掩膜（MASK），如常用的紅外線遙控器發射芯片就是這種芯片。

專用集成電路的特點是面向特定用户的需求，品種多、批量少，要求設計和生產週期短，它作為集成電路技術與特定用户的整機或系統技術緊密結合的產物，與通用集成電路相比具有體積更小、重量更輕、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。 ^[4]