深入浅出AXI协议（3）——握手过程

一、前言

        在之前的文章中我们快速地浏览了一下AXI4协议中的接口信号，对此我们建议先有一个简单的认知，接下来在使用到的时候我们还会对各种信号进行一个详细的讲解，在这篇文章中我们将讲述AXI协议的握手协议。

二、握手协议概述

        在前面的文章中我们已经简单说明了为什么需要存在握手协议。主机和从机通过握手协议的方式来确保双方都处在可以进行数据传输的状态。这种双向流量控制机制意味着主机和从机都可以控制信息的移动速率。

        在AXI协议中，全部5个通道使用相同的 VALID/READY 握手机制传输数据及控制信息。传输源（主机）产生 VALID 信号来指明何时数据或控制信息有效。而目的源（从机）产生 READY信号，来表示自己已经准备好接受数据或控制信息。传输发生在 VALID 和 READY 信号同时为高的时候。VALID 和 READY 信号的出现有三种关系：

2.1 VALID 先于 READY 变高（主机先于从机准备好）

        时序图如下：

        主机在T1之后显示地址、数据或控制信息，并生效VALID信号。从机在T2时刻之后生效READY信号，并且主机必须保持其信息稳定，直到在T3发生传输。

        一旦VALID信号有效，那么它就必须保持生效，直到握手过程发生

2.2 READY 先于 VALID 变高（从机先于主机准备好）

        时序图如下：

        从机在T1之后，在地址、数据或控制信息有效之前生效READY信号，表明它可以接受该信息。主机在T2之后呈现信息，并生效VALID，当这个生效被识别时，传输发生在T3。在这种情况下，传输发生在一个周期中。 

        如果READY信号生效了，允许READY信号在VALID信号生效之前失效。和上面的情况做个对比，也就是说一旦主机宣布准备好了（VALID），那么除非完成握手协议，否则主机不允许自行退出传输，而从机宣布准备好了（READY），可以在主机准备好前的任意时刻退出。

2.3 VALID 和READY同时有效（主机和从机同时准备好）

        时序图如下：

        在T1之后，主机和从机都恰好表明它们可以传输地址、数据或控制信息。在这种情况下，当VALID和READY的生效可以被识别。这意味着传输发生在T2时刻。

三、AXI4交易通信的握手信号关系

        为了避免死锁条件，必须考虑握手信号之间存在的依赖关系。在任何交易中：

（1）在AXI4互联中 ，VALID信号不依赖交易中其他元件的READY信号

（2）READY信号能够等待确认VALID信号

        简单说就是主机要是准备好了，就应该直接告知从机，不能等待从机来通知自己，而从机准备好了，可以等待主机来通知自己要进行传输，而不必要告知主机自己的状态。当然从机也可以在自己准备好后就第一时间告诉主机，这也是一种高效的设计方法。

        此外，在不同通道上的握手信号之间存在依赖关系，并且AXI4定义了一个额外的写响应依赖关系。以下各小节定义了这些依赖关系

        （在依赖图中：单箭头指向可以在箭头开始的信号之前或之后生效的信号，双箭头指向只有在箭头开始的信号生效信号之后才必须生效的信号。）

3.1 AXI4读交易的握手信号关系

        下图展示了读交易中握手信号之间的依赖关系：

        有一些内容是和我们之前描述的通用规则是重复的，主要需要注意的：在从机通过确认RVALID信号开始返回数据之前，必须等待确认所有的ARVALID信号和ARREADY信号。（也就是在数据传输之前，必须保证地址传输已经完成）

3.2 AXI4写交易中握手信号关系

        下图展示了写交易中握手信号之间的依赖关系：

        （1）在确认AWVALID信号和WVALID信号之前，主机不需要等待从机确认AWREADY信号或者WAREADY信号；

        （2）在确认AWREADY信号前，从设备能够等待AWVALID信号或者WVALID信号，或者全部这两个信号；

        （3）在确认WREADY信号前，从机能够等待AWVALID信号或者WVALID信号，或者全部这两个信号；

        （4）从设备在确认BVALID信号前，从机必须等待确认所有的WVALID和WREADY信号；

        （5）在确认BVALID信号前，从机不需要等待主机确认BREADY信号；

        （6）在确认BREADY信号前，主机能够等待BVALID信号。

        之前我们还提到了：AXI4还定义了一个附加的AXI4从属写响应依赖关系

        所以对于刚才的内容，我们要进行进一步的优化，关于BVALID信号，其必须等待AWVALID,AWREADY,WVALID,WREADY 全部有效才能生效也就是从机发出回应的前提是地址传输和信息传输都已经进行过了。

四、小结

        在本文中，我们着重介绍了关于AXI4的握手协议它可以使得传输的双方都可以自如地控制传输的速率，我们主要介绍了握手协议出现的3种可能情况。然后对于AXI4交易通信的握手信号的关系做出了介绍：（1）在AXI4互联中 ，VALID信号不依赖交易中其他元件的READY信号（2）READY信号能够等待确认VALID信号；之后介绍了读交易和写交易种握手信号的依赖关系。在接下来的文章中，我们将介绍AXI4的猝发传输相关内容。