AXI總線協(xié)議的幾種時(shí)序介紹

由于ZYNQ架構(gòu)和常用接口IP核經(jīng)常出現(xiàn) AXI協(xié)議，賽靈思的協(xié)議手冊(cè)講解時(shí)序比較分散。所以筆者收藏AXI協(xié)議的幾種時(shí)序，方便編程。

(1) AXI_LITE協(xié)議：

( 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) 寫地址通道， 包含AWVALID， AWADDR, AWREADY信號(hào);

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

( 5) 寫應(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總線和AXI4-Lite總線的信號(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)寫數(shù)據(jù)信號(hào)都是以W開(kāi)頭( W：write)

AXI_LITE讀時(shí)序：

AXI_LITE：寫時(shí)序

(2) AXI_STREAM:

AXI4-Stream總線的組成有：

( 1) ACLK信號(hào)：總線時(shí)鐘， 上升沿有效;

( 2) ARESETN信號(hào)：總線復(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)：每一bit對(duì)應(yīng)TDATA的一個(gè)有效字節(jié)， 寬度為TDATA/8

( 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) ：用戶定義信號(hào)， 寬度為128bit。

(3)其他

(a)AXI架構(gòu)

AXI協(xié)議是基于burst的傳輸，并且定義了以下5個(gè)獨(dú)立的傳輸通道：讀地址通道、讀數(shù)據(jù)通道、寫地址通道、寫數(shù)據(jù)通道、寫響應(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)傳輸使用寫通道來(lái)實(shí)現(xiàn)“主”到“從”的傳輸，“從”使用寫響應(yīng)通道來(lái)完成一次寫傳輸;讀通道用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從“從”到“主”的傳輸。

圖3-1 讀結(jié)構(gòu)

圖3-2 寫架構(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/寫地址通道：讀、寫傳輸每個(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(8/16/32/64/128/256/512/1024bit)和指示讀傳輸完成的讀響應(yīng)信號(hào)。

寫數(shù)據(jù)通道：寫數(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)上次寫傳輸?shù)拇_認(rèn)即可發(fā)起一次新的寫傳輸。寫通道包括數(shù)據(jù)總線(8/16…1024bit)和字節(jié)線(用于指示8bit 數(shù)據(jù)信號(hào)的有效性)。

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

圖3-4 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

共享地址總線，多數(shù)據(jù)總線

multilayer多層，多地址總線，多數(shù)據(jù)總線

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，多數(shù)據(jù)總線結(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。

(b)信號(hào)描述

表 2-1 全局信號(hào)

表 2-2 寫地址通道信號(hào)

表 2-3 寫數(shù)據(jù)通道信號(hào)

表 2-4 寫響應(yīng)通道信號(hào)

表 2-5 讀地址通道信號(hào)

表 2-6 讀數(shù)據(jù)通道信號(hào)

表 2-7 低功耗接口信號(hào)

(c) 信號(hào)接口要求

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。

3.2基本讀寫傳輸

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 3-1 VALID before READY 握手

圖 3-2 READY before VALID 握手

圖 3-3 VALID with READY 握手

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。

寫數(shù)據(jù)通道：在寫突發(fā)傳輸過(guò)程中，主機(jī)只能在它提供有效的寫數(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)接受寫數(shù)據(jù)。主機(jī)在驅(qū)動(dòng)最后一次寫突發(fā)傳輸是需要斷言WLAST信號(hào)。

寫響應(yīng)通道：從機(jī)只能它在驅(qū)動(dòng)有效的寫響應(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。

通道間關(guān)系

AXI協(xié)議要求通道間滿足如下關(guān)系：

寫響應(yīng)必須跟隨最后一次burst的的寫傳輸

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：湯梓紅