AXI

从本篇开始#xff0c;详细翻译并学习AXI协议的官方发布规范。

AXI指#xff1…

适合高带宽低延迟设计。

不用复杂的桥接就可以支持高频操作。

该协议满足各种组件的接口要求。

它适用于具有高初始访问延迟的存储器控制器。

提供了互连架构实现的灵活性。

它向后兼容AHB和APB接口。

单独的地址/控制和数据阶段。

支持使用字节选通进行未对齐的数据传输。

使用仅发出起始地址的基于突发的事务。

独立的读写数据通道可以提供低成本的直接内存访问DMA。

支持发出多个未完成的地址。

支持无序事务完成。

允许轻松添加寄存器级以提供时序收敛。

A1.2

读地址通道该通道的信号名以AR开头读数据通道该通道的信号名以R开头写地址通道该通道的信号名以AW开头写数据通道该通道的信号名以W开头写响应通道该通道的信号名以B开头

地址信道携带描述要传输的数据的性质的控制信息。

数据通过以下任一方式在管理器和从属器组件之间传输

管理者通过写数据通道向从属者传输数据。

在一次写事务中从属者通过写响应通道告知管理者数据传输完成。

管理者通过读数据通道向从属者拿取数据。

AXI协议

允许在实际数据传输之前发布地址信息。

支持多个未完成事务。

支持事务无序完成。

A1.2.1

读写事务均包含自己的地址通道。

对应的地址通道会传输一次事务中需要的地址和控制信息。

读数据通道同时携带读取的数据和读响应信息由下属侧传至管理器侧。

数据总线信号位宽可为8163264128256512或1024一个读响应信号表征读事务完成的状态。

数据总线信号位宽可为8163264128256512或1024每八个数据位的字节通道选通信号指示有效数据的字节。

写入数据通道信息始终被视为缓冲因此管理器可以执行写入事务而无需从属确认先前的写入事务。

下属使用写响应通道来响应写事务。

所有写入事务都需要写响应信道上的完成信令。

仅对完整事务发出完成信号而不是对事务中的每个数据传输发出完成信号。

A1.2.2

一个典型的系统由多个管理器和从属设备组成这些设备通过某种形式的互连连接在一起如图所示。

设备之间的互连等同于另一个具有对称的管理器和从属端口的设备真正的管理器设备和从属设备可以连接这些端口。

共享地址数据总线共享地址总线和多条数据总线多层具有多个地址和数据总线

在大多数系统中地址信道带宽要求明显小于数据信道带宽要求。

这样的系统可以通过使用具有多个数据总线的共享地址总线来实现并行数据传输从而在系统性能和互连复杂性之间实现良好的平衡。

A1.2.3

每个AXI信道仅在一个方向上传输信息并且该架构不需要信道之间的任何固定关系。

这些特性意味着可以在任何通道的几乎任何点插入寄存器片而代价是额外的延迟周期。

延迟周期和最大操作频率之间的权衡。

处理器和高性能内存之间的直接、快速连接但使用简单的寄存器片来隔离到性能不太关键的外围设备的较长路径。

A1.3

组件具有至少一个AMBA接口的独特功能单元。

组件可用作管理器、从属、外围和互连组件。

管理器组件启动事务的组件。

单个组件可能同时充当管理器组件和从属组件。

例如直接内存访问DMA组件在启动事务以移动数据时可以是管理器组件在被编程时可以是从属组件。

从属器组件一种接收事务并对其作出响应的组件。

单个组件可以同时充当从属组件和管理器组件。

例如直接内存访问DMA组件在被编程时可以是从属组件在启动事务以移动数据时可以是管理器组件。

包括存储器从属器件以及外设从属器件。

存储器从属器件

从内存从属存储器读取字节将返回写入该字节位置的最后一个值。

对从属存储器中字节位置的写入会将该位置的值更新为通过后续读取获得的新值。

多次读取一个位置对任何其他字节位置都没有副作用。

读取或写入一个字节位置对任何其他字节位置都没有副作用。

外设从属器件

外围从属组件也称为外围从属组件。

本规范建议外围从属设备具有通常在组件数据表中描述的“实施定义”访问方法。

任何未定义为允许的访问都可能导致外围从属设备失败但必须以协议正确的方式完成以防止系统死锁。

该协议不要求外围设备继续正确操作。

在本说明书中的描述上下文中外围从属设备与外围设备、外围组件、外围设备和设备同义。

互联组件具有多个AMBA接口的组件将一个或多个管理器组件连接到一个或更多从属组件

一组管理器使其显示为单个管理器界面。

一组从属项使其显示为单个从属项界面。

A1.3.2

AXI总线上所需的一整套操作构成AXI事务事务指AXI管理器启动AXI事务以与AXI从属服务器通信。

通常交易需要在经理和下属之间通过多个渠道交换信息。

所需的一整套信息交换构成AXI事务。

。

任何所需的有效载荷数据都作为AXI突发传输Burst指在AXI事务中有效载荷数据在单个突发中传输该突发可以包括多个节拍或单个数据传输。

突发可以包括多个数据传输或AXI

BeatsAXI

然而缓存和缓存行的词汇表条目阐明了这些术语在本文档中的使用方式。

缓存缓存管理器中的任何缓存、缓冲区或其他存储结构可以保存特定地址位置。

缓存线高速缓存中的基本存储单位。

它的大小总是2的幂。

缓存线必须与缓存线的大小对齐。

缓存行的大小相当于一致性颗粒。

A2信号描述

说明突发写入长度写入事务中数据传输的确切数量。

该信息确定与地址相关联的数据传输次数。

信号名称AWSIZE

说明提供有关写事务原子特性。

此信号在AXI第3、4代之间有变化。

信号名称AWCACHE

信号名源说明WID管理器写数据传输的ID标签仅在AXI3中实现WDATA管理器写数据WSTRB管理器写选通一位负责一个字节WLAST管理器表明写数据的最后一个数据WUSER管理器写数据通道的用户自定义信号WVALID管理器写数据通道有效信号WREADY从属器写数据通道的可接收状态信号

A2.4

信号名源说明BID从属器写响应的ID标签BRESP从属器写响应表明写事务完成的状态BUSER从属器写响应通道的用户自定义信号BVALID从属器写响应通道有效信号BREADY管理器写响应通道的可接收状态信号

A2.5

说明突发写入长度读事务中数据传输的确切数量。

该信息确定与地址相关联的数据传输次数。

信号名称ARSIZE

说明提供有关读事务原子特性。

此信号在AXI第3、4代之间有变化。

信号名称ARCACHE

信号名源说明RID从属器读数据和读响应的ID标签RDATA从属器读数据RRESP从属器读响应表征读的状态RLAST从属器表明读数据的最后一个数据RUSER从属器读数据通道的用户自定义信号RVALID从属器读数据通道有效信号RREADY管理器读数据通道的可接收状态信号

A3信号接口要求

每个AXI接口都只有一个时钟信号ACLK。

所有的输入信号在ACLK的上升沿采样所有的输出信号的变化发生在ACLK的上升沿之后。

AXI协议使用仅使用一个低电平有效的复位信号ARESETn。

该信号可以异步断言但是复位撤离时必须与ACLK的上升边沿同步。

管理器接口必须将

去完成数据、地址、控制信息传输过程的握手。

这种双向流控制机制意味着管理器和从属器都可以控制信息在二者之间移动的速率。

源端

产生READY信号指示其已准备好可以接受来自源端的信息。

当且仅当VALID/READY信号均为高电平成功握手时才产生一次有效传输。

在管理器和从属器接口上输入和输出信号之间不能有组合路径。

一般都是直线连线握手时序图握手在T3时刻完成

在目的端接收到有效信息之前应在总线上一直保持将要传输的有用信息。

在断言VALID信号之前不允许一直等待

当VALID信号断言时其应一直保持该信号的有效性直到握手发生握手时刻发生在READY

VALID信号均断言的第一个时钟上升沿。

下图是目的端在源端断言VALID信号之前断言READY的时序图握手在T3时刻完成

在断言对应的READY信号之前允许一直等待源端VALID信号断言。

如果READY信号断言那么在VALID信号断言之前可以取消断言READY信号。

下图的时序图中在T2时刻完成握手。

AWVALID

信号默认的状态可以是高电平也可以是低电平。

协议规范建议的默认状态是高电平。

当AWREADY

——注意——

协议规范之所以不推荐默认状态为低电平的原因在于如果这样会迫使传输至少消耗2个时钟周期一个周期断言AWVALID

一个周期断言

信号默认的状态可以是高电平唯有如此从属器才可以在一个时钟周期接收写数据。

WLAST

信号默认的状态可以是高电平唯有如此管理器才可以在一个时钟周期接收写响应。

ARVALID

信号默认的状态可以是高电平也可以是低电平。

协议规范建议的默认状态是高电平。

当ARREADY

——注意——

协议规范之所以不推荐默认状态为低电平的原因在于如果这样会迫使传输至少消耗2个时钟周期一个周期断言ARVALID

一个周期断言

信号断言后的第一个时钟上升沿。

尽管一个从属器只有一个数据读取的源端但是同样必须断言

RVALID

信号的默认状态可以是高电平但前提是管理器在启动读取事务时能够立即接受读取数据。

RLAST

写响应必须紧跟在写事务最后一个数据传输之后。

读数据必须紧跟读取数据的地址之后。

信道握手必须符合

通道间的依赖关系缺失意味着在一个事务中写数据可以先于写地址出现。

如果写地址通道比写数据通道包含更多级的寄存器这种情况可能发生。

类似地写数据可能和地址在相同的时钟周期出现。

——注意——

当互连需要确定目标地址空间或从属空间时它必须重新对齐写地址和数据。

需要这种重新排列以确保写入数据仅对其目的地的从属方有效。

————————

当管理器发出写请求时它必须能够提供该事务的所有写数据而不依赖于该管理器的其他事务。

当管理器发出读取请求时它必须能够接受该事务的所有读取数据而不依赖该管理器的其他事务。

请注意管理器可以依赖使用相同ID的事务按顺序返回的读取数据因此管理器只需要足够的存储空间来存储来自具有不同ID的事务的读取数据。

VALID

此外不同通道上的握手信号之间存在依赖性AXI4定义了额外的写响应依赖性。

以下小节定义了这些依赖关系

读事务依赖关系AXI3写事务依赖关系AXI4和AXI5写事务依赖关系

箭头开始处信号

为避免死锁状况必须遵守上述的依赖规则。

例如管理器在驱动断言WVALID

信号之前禁止一直等待