【芯片設(shè)計(jì)】握手協(xié)議的介紹與時(shí)序說明

最早接觸到握手協(xié)議是在校期間學(xué)習(xí)PCIe的AXI總線時(shí)，至今日雖然PCIe的結(jié)構(gòu)已經(jīng)忘得一干二凈，但握手協(xié)議經(jīng)過不斷的使用還算掌握的不錯(cuò)。

對(duì)于點(diǎn)開這篇文章的人而言，握手協(xié)議是什么其實(shí)不需要贅述：

"Valid-Ready" 握手協(xié)議是一種常用于數(shù)字電路中的接口協(xié)議，用于控制數(shù)據(jù)的傳輸和處理。這種協(xié)議通常在兩個(gè)設(shè)備（如芯片、模塊或模塊間的通信）之間使用，以確保數(shù)據(jù)的有效傳輸和正確處理。

下面是 "Valid-Ready" 握手協(xié)議的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

特點(diǎn) ：

• 有效數(shù)據(jù)傳輸： "Valid-Ready" 握手協(xié)議通過有效信號(hào)（Valid）來指示數(shù)據(jù)是否有效，Ready信號(hào)來指示接收方是否已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。只有在Valid和Ready信號(hào)都為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸才會(huì)發(fā)生，從而確保數(shù)據(jù)在正確的時(shí)機(jī)傳輸。
• 流控制： Ready信號(hào)可以起到流量控制的作用。如果接收方?jīng)]有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，它可以將Ready信號(hào)置低，從而停止發(fā)送方的數(shù)據(jù)傳輸，以防止數(shù)據(jù)擁塞。
• 同步性： "Valid-Ready" 握手協(xié)議提供了同步機(jī)制，確保發(fā)送和接收之間的時(shí)序一致性。數(shù)據(jù)傳輸只會(huì)在雙方都準(zhǔn)備好的情況下進(jìn)行，避免了數(shù)據(jù)的不同步問題。
• 靈活性： 握手信號(hào)的有效和準(zhǔn)備狀態(tài)可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求來控制。這使得協(xié)議可以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)傳輸速率和處理速度。
• 錯(cuò)誤檢測(cè)： 在有效信號(hào)中，還可以包含錯(cuò)誤檢測(cè)位，以便接收方可以驗(yàn)證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的正確性。

優(yōu)勢(shì) ：

• 簡單可靠： "Valid-Ready" 握手協(xié)議相對(duì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。它的工作原理直觀清晰，使得設(shè)計(jì)者和開發(fā)者能夠更容易地理解和管理數(shù)據(jù)傳輸流程。
• 節(jié)約資源： 與其他復(fù)雜的通信協(xié)議相比，"Valid-Ready" 握手協(xié)議在硬件資源和時(shí)鐘周期方面的需求較低。這使得它在資源受限的系統(tǒng)中具有優(yōu)勢(shì)。
• 適應(yīng)性強(qiáng)： 由于其簡單性，"Valid-Ready" 握手協(xié)議可以適應(yīng)不同類型的通信和數(shù)據(jù)處理需求。它可以用于內(nèi)部芯片通信，模塊之間的通信，以及許多其他數(shù)字電路場景。
• 實(shí)時(shí)性好： 由于有效和準(zhǔn)備信號(hào)的即時(shí)性，"Valid-Ready" 握手協(xié)議通常能夠滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，特別適用于需要低延遲的應(yīng)用。

好的，冠冕堂皇的部分結(jié)束了。那么一句話來概括握手協(xié)議就是：通過valid控制信號(hào)發(fā)送，通過ready控制信號(hào)接收，通過若干info承載信息的一種接口總線，其典型時(shí)序圖如下：

握手接口時(shí)序

對(duì)于發(fā)射模塊而言，valid/data為輸出，ready為輸入。對(duì)于接收模塊而言，valid/data為輸入，ready為輸出：

接口方向

對(duì)于握手協(xié)議的時(shí)序，有如下幾條較為通用的要求：

1. 發(fā)送方在準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)之后，需要將valid信號(hào)置高，表示數(shù)據(jù)有效，在接收方的ready置高前（包括當(dāng)拍）valid不可拉低；
2. 接收方在準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要將ready信號(hào)置高，表示已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)；
3. 在數(shù)據(jù)傳輸期間，valid 和ready信號(hào)需要保持同步，數(shù)據(jù)傳輸只能在valid和ready信號(hào)同時(shí)為高電平時(shí)進(jìn)行；
4. 解復(fù)位后（工作期間）valid不可為不定態(tài)，即仿真中valid不允許出現(xiàn)X態(tài)和Z態(tài)，必須為高/低電平；
5. 解復(fù)位后（工作期間）ready不可為不定態(tài)，即仿真中valid不允許出現(xiàn)X態(tài)和Z態(tài)，必須為高/低電平，注意ready的定態(tài)要求不如valid嚴(yán)格（或者說在valid不為1時(shí)，ready的不定態(tài)一般是允許的，有時(shí)也會(huì)要求ready全程不可為不定態(tài)）；
6. info在valid為1時(shí)不可為不定態(tài)，在valid為0時(shí)無約束；
7. 在valid置起為1后，到valid和ready進(jìn)行握手前（包括當(dāng)拍），info值不能跳變；
8. valid的產(chǎn)生邏輯中不可包含或隱式包含ready信號(hào)；
9. ready的產(chǎn)生邏輯中可以包含valid信號(hào)；

當(dāng)然了，以上是相對(duì)通用的要求，是否需要遵守可以根據(jù)實(shí)際情況來判斷。比如果接收模塊需要5拍來處理一個(gè)info，那么數(shù)據(jù)傳輸就不必非要在valid和ready同時(shí)為高時(shí)進(jìn)行，可以在valid拉高后就開始處理，處理完成時(shí)再拉高ready接收并丟棄info。

個(gè)人的建議是，1、2、4、7、8/9選一為必須遵守的規(guī)則，其余為盡量遵守但是可以調(diào)整的規(guī)則。