AXI总线核心解读---基于官方文档

AXI总线

• 何处使用AXI
  • ZYNQ异构芯片，内部总线使用的AXI总线
  • 纯FPGA的IP接口也要用
  • 高速接口，DDR（AXI、传统）等模块都有涉及到
• 什么是AXI总线
  • AXI的三种形式:
    • AXI-FULL：高性能的存储器映射需求—可以256个以内发送
      • 存储器映射—主机对从机进行读写操作时，会指定一个目标地址，这个地址对应系统存储空间的地址，表示对该空间进行读写操作，存储器本身没有地址，给存储器分配地址的过程叫存储器映射。
    • AXI-LITE：简化版本—不支持突发传输—单次一个数据
    • AXI-STREAM：高速的流数据通信—移除地址的需求，直接发数据
    • 利用DMA可以实现从数据流到存储器映射到转换
  • AXI总线的设计者
    • ARM公司是AMBA总线的一种（APB、AHB、AXI）
• AXI机制
  • 面向存储的一种设计
  • AXI总线是一种突发总线，突发传输—效率高速度快。一直连续的传输，比如突发8次传输，就是指8个时钟连续传输8个数据
  • 五个通道
    • 每个独立的通道都包含一组信息信号、VALID信号和READY信号，用于提供双向握手机制
    • 信息源端使用VALID信号表示当前通道地址、数据和控制信息什么时候有效，目的端使用READY信号表示什么时候可以接受信息
    • 读地址通道—包含所需的地址和信息
    • 读数据通道—包含last信号、由从机发送给主机，包含了读数据和读响应的信息，读响应的信号用于表示读传输是否操作完成
    • 写地址通道—包含所需的地址和信息
    • 写数据通道—包含last信号，由主机发送给从机，包含了写数据，然后通过WSTRB信号表示当前数据哪个字节有效
    • 写响应通道—这是一个独立的通道，而读响应则直接在读数据通道中，从机通过这个响应传递给主机
  • 信号的描述
    • ACLK和ARESETn—全局信号不属于任何一个通道
    • 写地址中的关键信号
      • AWADD—写地址，指定突发传输下的第一个地址即起始地址
      • AWLEN—突发长度—比输入的定义大一位
      • AWSIZE—单个数据的大小
      • AWABURST—突发类型—判断如何分配后续的地址增长—INCR—自增加模式—根据突发的大小来自增，发多大的AWSIZE就自增多少
      • AWVALID—master发出—地址是否有效果
      • AWREADY—slave决定是否准备接收好地址
    • 写数据的关键信号
      • WDATA—真正的数据
      • WSTRB—WDATA哪个数据有效
      • WLAST—最后一个数据拉高
      • WVALID
      • WREADY
    • 写响应的关键信号
      • BRESP—表示写传输的状态—OKAY表示成功—SLVERR从机错误
      • BVALID—slave
      • BREADY—master
    • 读地址的关键信号
      • 和写地址的一样
    • 读数据的通道
      • 和写一样
  • 时序步骤
    • 写地址
    • 写数据
    • 写响应
• 波形验证
  • valid和ready同时为高代表数据当前有效
  • 先写地址，再写数据，最后一个数据跟随last信号
  • 先读地址再读数据，最后一个数据跟随last
  • 写完数据，有一个响应信号
• 突发传输有指定需要
• 实现一个AXI总线的方式
  • AXI写实现步骤
    • 写首地址—有效信号和准备信号同时有效
    • 紧接着写首地址，突发传输数据
    • 控制last信号
    • last脉冲后等待响应信号，从机给主机
  • AXI读实现步骤
    • 写首地址
    • 紧接着等待从机传输过来的数据，当有效信号和准备信号都是高时，读取数据
    • 接受last信号
• AXI InterConnect和AXI SmartConnect的介绍
  • 这两个IP核都用于连接单/多个存储器映射的AXI Master和单/多个存储器映射的AXI Slave（即为不可以连接stream类）
• AXI传输机制和死锁
  • outstanding和out-of-order
    • outstanding
      • AXI总线的写地址和写数据是分离的，可以写地址总线上连续发送两次地址，再依次传输写数据
    • out-of-order
      • 多对多的情况下，ID不同，传输可以任意传输，AXI4中只针对从机有效。主机不支持
  • 死锁
    • AXI总线发生异常，死机了，无法正常工作
  • 死锁产生原因
    • 主要是没有严格执行AXI总线协议
  • 死锁情况
    • 一般是在一个主机对多个从机的时候(outstanding address)，主机先发送地址顺序，由于先发送的距离远而后发送的距离近，因此，导致后发送的先收到了写信号，此时，会发送M1占用S1，导致了死锁
    • 多个主机对多个从机(out-of-order)互联模块管理下会出现这种问题，两个主机，第一主机发送相同ID到S1，S2。第二个主机也发送相同的ID到S1、S2，但是经过AXI桥，将ID扩展后，对于从机来说是不同的ID，可以乱序传输。那么S1可能会先响应第二个主机而S2响应第一个主机。主机接受响应乱序，违反协议陷入死锁。
• AXI接口
  • clock和reset—所有的输出都在clock的上升沿之后输出
  • reset后关键是信号主机arvalid/awvalid/wvalid要为低，从机rvalid和bvalid为低
  • 握手机制
    • 都是使用一样的valid和ready，因此，主机和从机都可以控制传输速率
    • valid和ready都是高才可以
  • 优先级别示意图的意义—单箭头无所谓谁先拉高—双箭头有优先级别