AXI总线解析

AXI总线解析： 一、AXI总线概述 AXI（Advanced eXtensible Interface）是一种高性能的片内总线协议，隶属于ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0标准协议族中。AXI协议设计用于支持高性能、高带宽和低延迟的数据传输，特别适合于复杂SoC（System on Chip）内部的数据交换。在AXI总线中，地址/控制和数据传输相位是分离的，这种分离机制可以支持不对齐的数据传输和突发传输。 二、AXI特点解析 1. 单向通道体系结构：AXI采用单向通道体系结构，即信息流只能在一个方向上进行传输。这种设计简化了时钟域间的桥接，并减少了门的数量。在信号通过复杂的片上系统时，这种单向的数据流可以显著减少延时。 2. 支持多项数据交换：AXI协议通过并行执行猝发操作来支持多项数据交换，有效提高了数据吞吐能力。可以在较短时间内完成大量数据的传输任务，同时减少了功耗。 3. 独立的地址和数据通道：AXI将地址和数据通道分开，允许对每个通道进行单独优化。这不仅可根据需要控制时序通道，而且能够将时钟频率提升至最高，将延时降低到最低。 三、AXI协议的组成部分 1. AXI总线传输通道：AXI总线包含5个独立的单向传输通道，分别是read address channel（读地址通道）、write address channel（写地址通道）、read data channel（读数据通道）、write data channel（写数据通道）和write response channel（写响应通道）。 2. 事务描述：在AXI协议中，每个事务都包含地址和控制信息，在地址通道中描述了被传输数据的性质。 3. 信号传输：在所有5个通道中，都包含了一个信息信号和一个双向的VALID和READY握手机制。信息源通过VALID信号来表明通道中的数据和控制信息何时有效，而目标源则使用READY信号来表示何时可以接收数据。 4. LAST信号：在读数据和写数据通道中都包含了一个LAST信号，用来指明一个事务传输的最后一个数据。 5. 乱序传输支持：AXI协议支持乱序传输，并为每个通过接口的事务分配一个ID tag。相同ID tag的事务必须按照顺序完成，而不同ID tag的事务则可以乱序完成。 四、AXI信号描述 1. 全局信号：包括ACLK（全局时钟信号）和ARESETn（全局复位信号，低电平有效）。 2. 写地址通道信号：包含了主机写地址ID、主机写地址、突发写长度、突发写大小、突发写类型、锁类型、Cache类型以及主机保护类型。这些信号用于传输写地址、控制信息并指示事务的属性。 3. 写数据通道信号：与写地址通道类似，写数据通道信号定义了写数据的传输以及如何处理缓存和保护事务。 4. 写响应通道信号：提供设备对写事务完成情况的响应方式。 5. 读地址通道信号和读数据通道信号：分别负责读事务的地址传输和数据、响应信息的传输。 6. 低功耗接口信号：在使用时可以根据具体情况，进行低功耗的优化配置。 五、AXI传输事务的时序图 1. 突发式读的时序图：描述了当地址出现在地址总线后，数据将出现在读数据通道上。设备会使用VALID信号来表明数据何时有效，并通过RLAST信号来指出突发读事务的结束。 2. 重叠突发式读时序图：展示设备如何在完成一个突发式读操作后立即处理下一个突发式读操作，即实现了读操作的重叠。 3. 突发式写时序图：描述了写操作从地址和控制信息的发送开始，到数据传输和最后写响应的完成。 AXI协议是SoC开发中的重要组成部分，尤其适合于需要高性能数据处理的场景。由于AXI协议的复杂性，开发人员需要详细了解其各个组成部分和时序行为，以便能够充分利用其优势。在实际应用中，合理设计和优化AXI接口，可以显著提升整个系统的性能表现。