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在介紹AXI之前，先簡(jiǎn)單說(shuō)一下總線(xiàn)、接口以及協(xié)議的含義

總線(xiàn)、接口和協(xié)議，這三個(gè)詞常常被聯(lián)系在一起，但是我們心里要明白他們的區(qū)別。

總線(xiàn)是一組傳輸通道，是各種邏輯器件構(gòu)成的傳輸數(shù)據(jù)的通道，一般由由數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)、控制線(xiàn)等構(gòu)成。

接口是一種連接標(biāo)準(zhǔn)，又常常被稱(chēng)之為物理接口。

協(xié)議是傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)則。

1.簡(jiǎn)介

AXI4總線(xiàn)協(xié)議是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0協(xié)議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內(nèi)總線(xiàn)。

AXI4總線(xiàn)協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸方式是猝發(fā)式的。它的地址/控制和數(shù)據(jù)相位是分離的，支持不對(duì)齊的數(shù)據(jù)傳輸。在突發(fā)傳輸中，使用首字節(jié)選通方式，只需要首地址，在獨(dú)立的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)通道，采用獨(dú)立的地址、控制和數(shù)據(jù)周期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持非對(duì)齊方式的數(shù)據(jù)傳輸，能夠發(fā)出多個(gè)未解析的地址，從而完成無(wú)序的數(shù)據(jù)傳輸交易，并更加容易并行時(shí)序收斂。

AXI是AMBA 中一個(gè)新的高性能協(xié)議。AXI 技術(shù)豐富了現(xiàn)有的AMBA 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，滿(mǎn)足超高性能和復(fù)雜的片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)的需求。

常用的AXI總線(xiàn)有：AXI4、 AXI_Lite、AXI_Stream。

AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求，允許最大256輪的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸；

AXI4-Lite：是一個(gè)輕量級(jí)的地址映射單次傳輸接口，占用很少的邏輯單元；

AXI4-Stream：面向高速流數(shù)據(jù)傳輸，去掉了地址項(xiàng)，允許無(wú)限制的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸規(guī)模。

AXI4總線(xiàn)分為主、從兩端，兩者間可以連續(xù)的進(jìn)行通信。

2. AXI_Lite 協(xié)議

axi總線(xiàn)的6個(gè)通道

（ 1） 讀地址通道， 包含 ARVALID， ARADDR， ARREADY信號(hào)；

（ 2） 讀數(shù)據(jù)通道， 包含 RVALID， RDATA， RREADY， RRESP信號(hào)；

（ 3） 寫(xiě)地址通道， 包含 AWVALID， AWADDR， AWREADY信號(hào)；

（ 4） 寫(xiě)數(shù)據(jù)通道， 包含 WVALID， WDATA， WSTRB， WREADY信號(hào)；

（ 5） 寫(xiě)應(yīng)答通道， 包含 BVALID， BRESP， BREADY信號(hào)；

（ 6） 系統(tǒng)通道， 包含 ACLK， ARESETN信號(hào)。

AXI4總線(xiàn)和AXI4-Lite總線(xiàn)的信號(hào)也有他的命名特點(diǎn)：

讀地址信號(hào)都是以AR開(kāi)頭（ A： address； R： read）

寫(xiě)地址信號(hào)都是以AW開(kāi)頭（ A： address； W： write）

讀數(shù)據(jù)信號(hào)都是以R開(kāi)頭（ R： read）

寫(xiě)數(shù)據(jù)信號(hào)都是以W開(kāi)頭（ W： write）

3.AXI_Stream 協(xié)議

AXI4-Stream總線(xiàn)的組成有：

（ 1） ACLK 信號(hào)： 總線(xiàn)時(shí)鐘， 上升沿有效；

（ 2） ARESETN 信號(hào)： 總線(xiàn)復(fù)位， 低電平有效

（ 3） TREADY 信號(hào)： 從機(jī)告訴主機(jī)做好傳輸準(zhǔn)備；

（ 4） TDATA 信號(hào)： 數(shù)據(jù)， 可選寬度32，64，128，256bit

（ 5） TSTRB 信號(hào)： 字節(jié)修飾符， 每一bit對(duì)應(yīng)TDATA的一個(gè)有效字節(jié)， 寬度為T(mén)DATA/8，用來(lái)描述TDATA相關(guān)字節(jié)內(nèi)容作為一個(gè)數(shù)字字節(jié)或者一個(gè)位置字節(jié)被處理。

（ 6） TLAST 信號(hào)： 主機(jī)告訴從機(jī)該次傳輸為突發(fā)傳輸?shù)慕Y(jié)尾；

（ 7） TVALID 信號(hào)： 主機(jī)告訴從機(jī)數(shù)據(jù)本次傳輸有效；

（ 8） TUSER 信號(hào) ： 用戶(hù)定義信號(hào)， 寬度為128bit。

4.其他

4.1 AXI架構(gòu)

AXI協(xié)議是基于burst的傳輸，并且定義了5個(gè)獨(dú)立的傳輸通道：

讀地址通道、讀數(shù)據(jù)通道、寫(xiě)地址通道、寫(xiě)數(shù)據(jù)通道、寫(xiě)響應(yīng)通道。

地址通道攜帶控制消息用于描述被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)屬性；

數(shù)據(jù)傳輸使用寫(xiě)通道來(lái)實(shí)現(xiàn)“主”到“從”的傳輸；

“從”使用寫(xiě)響應(yīng)通道來(lái)完成一次寫(xiě)傳輸；

讀通道用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從“從”到“主”的傳輸。

圖4-1 讀結(jié)構(gòu)

圖4-2 寫(xiě)架構(gòu)

AXI是基于VALID/READY的握手機(jī)制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，傳輸源端使用VALID表明地址/控制信號(hào)、數(shù)據(jù)是有效的，目的端使用READY表明自己能夠接受信息。

讀/寫(xiě)地址通道：讀、寫(xiě)傳輸每個(gè)都有自己的地址通道，對(duì)應(yīng)的地址通道承載著對(duì)應(yīng)傳輸?shù)牡刂房刂菩畔ⅰ?/p>

讀數(shù)據(jù)通道：讀數(shù)據(jù)通道承載著讀數(shù)據(jù)和讀響應(yīng)信號(hào)包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)（8/16/32/64/128/256/512/1024bit）和指示讀傳輸完成的讀響應(yīng)信號(hào)。

寫(xiě)數(shù)據(jù)通道：寫(xiě)數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)信息被認(rèn)為是緩沖（buffered）了的，“主”無(wú)需等待“從”對(duì)上次寫(xiě)傳輸?shù)拇_認(rèn)即可發(fā)起一次新的寫(xiě)傳輸。寫(xiě)通道包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)（8/16…1024bit）和字節(jié)線(xiàn)（用于指示8bit 數(shù)據(jù)信號(hào)的有效性）。

寫(xiě)響應(yīng)通道：“從”使用寫(xiě)響應(yīng)通道對(duì)寫(xiě)傳輸進(jìn)行響應(yīng)。所有的寫(xiě)傳輸需要寫(xiě)響應(yīng)通道的完成信號(hào)。

圖4-3 接口與互聯(lián)

AXI協(xié)議提供單一的接口定義，能用在下述三種接口之間：master/interconnect、slave/interconnect、master/slave。

可以使用以下幾種典型的系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)：

共享地址與數(shù)據(jù)總線(xiàn)

共享地址總線(xiàn)，多數(shù)據(jù)總線(xiàn)

multilayer多層，多地址總線(xiàn)，多數(shù)據(jù)總線(xiàn)

在大多數(shù)系統(tǒng)中，地址通道的帶寬要求沒(méi)有數(shù)據(jù)通道高，因此可以使用共享地址總線(xiàn)，多數(shù)據(jù)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)系統(tǒng)性能和互聯(lián)復(fù)雜度進(jìn)行平衡。

寄存器片（Register Slices）：

每個(gè)AXI通道使用單一方向傳輸信息，并且各個(gè)通道直接沒(méi)有任何固定關(guān)系。因此可以可以在任何通道任何點(diǎn)插入寄存器片，當(dāng)然這會(huì)導(dǎo)致額外的周期延遲。

使用寄存器片可以實(shí)現(xiàn)周期延遲（cycles of latency）和最大操作頻率的折中；使用寄存器片可以分割低速外設(shè)的長(zhǎng)路徑。

4.2 信號(hào)描述

表 4-4 全局信號(hào)

表 4-5 寫(xiě)地址通道信號(hào)

表 4-6 寫(xiě)數(shù)據(jù)通道信號(hào)

表 4-7 寫(xiě)響應(yīng)通道信號(hào)

表 4-8 讀地址通道信號(hào)

表 4-9 讀數(shù)據(jù)通道信號(hào)

表 4-10 低功耗接口信號(hào)

4.3 信號(hào)接口要求

4.3.1時(shí)鐘復(fù)位

時(shí)鐘：

每個(gè)AXI組件使用一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)ACLK，所有輸入信號(hào)在ACLK上升沿采樣，所有輸出信號(hào)必須在ACLK上升沿后發(fā)生。

復(fù)位：

AXI使用一個(gè)低電平有效的復(fù)位信號(hào)ARESETn，復(fù)位信號(hào)可以異步斷言，但必須和時(shí)鐘上升沿同步去斷言。

復(fù)位期間對(duì)接口有如下要求：①主機(jī)接口必須驅(qū)動(dòng)ARVALID，AWVALID，WVALID為低電平；②從機(jī)接口必須驅(qū)動(dòng)RVALID，BVALID為低電平；③所有其他信號(hào)可以被驅(qū)動(dòng)到任意值。

在復(fù)位后，主機(jī)可以在時(shí)鐘上升沿驅(qū)動(dòng)ARVALID，AWVALID，WVALID為高電平。

4.3.2基本讀寫(xiě)傳輸

握手過(guò)程

5個(gè)傳輸通道均使用VALID/READY信號(hào)對(duì)傳輸過(guò)程的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)進(jìn)行握手。使用雙向握手機(jī)制，傳輸僅僅發(fā)生在VALID、READY同時(shí)有效的時(shí)候。下圖是幾種握手機(jī)制：

圖 4-11 VALID before READY 握手

圖 4-12 READY before VALID 握手

圖 4-13 VALID with READY 握手

4.3.3 通道信號(hào)要求

通道握手信號(hào)：每個(gè)通道有自己的xVALID/xREADY握手信號(hào)對(duì)。

寫(xiě)地址通道：當(dāng)主機(jī)驅(qū)動(dòng)有效的地址和控制信號(hào)時(shí)，主機(jī)可以斷言AWVALID，一旦斷言，需要保持AWVALID的斷言狀態(tài)，直到時(shí)鐘上升沿采樣到從機(jī)的AWREADY。AWREADY默認(rèn)值可高可低，推薦為高（如果為低，一次傳輸至少需要兩個(gè)周期，一個(gè)用來(lái)斷言AWVALID，一個(gè)用來(lái)斷言AWREADY）；當(dāng)AWREADY為高時(shí)，從機(jī)必須能夠接受提供給它的有效地址。

寫(xiě)數(shù)據(jù)通道：在寫(xiě)突發(fā)傳輸過(guò)程中，主機(jī)只能在它提供有效的寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)斷言WVALID，一旦斷言，需要保持?jǐn)嘌誀顟B(tài)，知道時(shí)鐘上升沿采樣到從機(jī)的WREADY。WREADY默認(rèn)值可以為高，這要求從機(jī)總能夠在單個(gè)周期內(nèi)接受寫(xiě)數(shù)據(jù)。主機(jī)在驅(qū)動(dòng)最后一次寫(xiě)突發(fā)傳輸是需要斷言WLAST信號(hào)。

寫(xiě)響應(yīng)通道：從機(jī)只能它在驅(qū)動(dòng)有效的寫(xiě)響應(yīng)時(shí)斷言BVALID，一旦斷言需要保持，直到時(shí)鐘上升沿采樣到主機(jī)的BREADY信號(hào)。當(dāng)主機(jī)總能在一個(gè)周期內(nèi)接受寫(xiě)響應(yīng)信號(hào)時(shí)，可以將BREADY的默認(rèn)值設(shè)為高。

讀地址通道：當(dāng)主機(jī)驅(qū)動(dòng)有效的地址和控制信號(hào)時(shí)，主機(jī)可以斷言ARVALID，一旦斷言，需要保持ARVALID的斷言狀態(tài)，直到時(shí)鐘上升沿采樣到從機(jī)的ARREADY。ARREADY默認(rèn)值可高可低，推薦為高（如果為低，一次傳輸至少需要兩個(gè)周期，一個(gè)用來(lái)斷言ARVALID，一個(gè)用來(lái)斷言ARREADY）；當(dāng)ARREADY為高時(shí)，從機(jī)必須能夠接受提供給它的有效地址。

讀數(shù)據(jù)通道：只有當(dāng)從機(jī)驅(qū)動(dòng)有效的讀數(shù)據(jù)時(shí)從機(jī)才可以斷言RVALID，一旦斷言需要保持直到時(shí)鐘上升沿采樣到主機(jī)的BREADY。BREADY默認(rèn)值可以為高，此時(shí)需要主機(jī)任何時(shí)候一旦開(kāi)始讀傳輸就能立馬接受讀數(shù)據(jù)。當(dāng)最后一次突發(fā)讀傳輸時(shí)，從機(jī)需要斷言RLAST。

4.3.4 通道間關(guān)系

AXI協(xié)議要求通道間滿(mǎn)足如下關(guān)系：

寫(xiě)響應(yīng)必須跟隨最后一次burst的的寫(xiě)傳輸

讀數(shù)據(jù)必須跟隨數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地址

通道握手信號(hào)需要確認(rèn)一些依耐關(guān)系

通道握手信號(hào)的依耐關(guān)系

審核編輯：何安