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关于AXI4的部分总结

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关于AXI4的部分总结

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综述

本文参考分析整理总结了AMBA AXI and ACE Protocol Specification文档的AXI总线协议规范部分，错误

之处欢迎指出。

AMBA AXI协议支持高性能高频的系统设计，该协议拥有以下优点：

适合高带宽和低延迟的设计

不需要复杂的桥即可提供高频操作

可以满足多种组件的接口需求

适合高初始访问延迟的存储器控制器

提供互联架构实现的灵活性

向后兼容AHB与APB接口

同时，该协议还拥有以下特点：

分离的地址/控制和数据阶段

通过使用字节选通信号的方式支持非对齐数据传输

使用突发传输时只需要传输起始地址

允许地址信息提前于实际数据传输发送

分离的读写数据通道，这可以提供低损耗的DMA

支持发出多个未完成的地址

支持乱序传输完成

允许简单添加寄存器阶段以提供时序收敛

AXI协议同时包含了低功耗操作所需的信号扩展，也包含了AXI4-Lite协议，该协议是AXI4的子集，有着更简

单的控制寄存器接口和组件。

AXI通道简述

综述

AXI协议基于突发传输，定义了下列独立事务（一个事务可能包含多次传输）通道：

读地址

读数据

写地址

写数据

写响应

地址通道携带描述被传输数据性质的控制信息，数据在主设备和从设备间通过以下方式传输：

1. 写数据通道从主设备传输数据到从设备，在写传输时，从设备使用写响应通道通知主设备传输完成。

2. 读数据通道从从设备传输数据到主设备。

写数据的过程如下图所示：

读数据的过程如下图所示：

每一个通道都拥有自己的VALID与READY信号用于实现握手，其中VALID信号表示通道的地址、数据或控制

信息已经可用，而READY信号则表示接收方已准备好接收信息，其中，读数据和写数据通道还拥有LAST信

号，该信号用于指示当前传输是否为当前事务中的最后一次传输。

读地址与写地址通道

读事务与写事务都拥有其自己的地址通道，对应的地址通道会携带一次事务所需的全部地址和控制信息。

读数据通道

读数据通道携带从设备传送给主设备的数据和响应信息，该通道包括两部分：

1. 位宽可为8、16、32、64、128、256、512、1024bit的数据总线。

2. 表示读事务完成状态的读响应信号。

写数据通道

写数据通道携带主设备传送给从设备的数据，该通道包括两部分：

1. 位宽可为8、16、32、64、128、256、512、1024bit的数据总线。

2. 为每一个8bit数据准备的字节选通信号，用于指示数据的哪几个字节是有效的。

写数据通道总是被buffer的，因此主设备可以在未收到前一次写事务的从设备响应消息时再次执行写操作。

写响应通道

从设备使用写响应通道回应写事务，全部的写事务都需要写响应通道的完成信号，并且完成信号仅在一个写

事务彻底完成时才产生，而并不会在每次数据传输时都产生。

AXI互联结构

一个典型的AXI系统结构如下：

AXI协议为以下接口提供了单一的接口定义：

在主设备和互联器（Interconnect）之间

在从设备和互联器之间

在主设备和从设备之间

该接口定义支持不同的互联器实现，设备之间的互联器等效于另一个拥有对称主端口和从端口的设备，真正

的主设备和从设备可以连接到对应的端口。

大多数的系统使用如下三种互联拓扑之一：

共享的地址和数据总线

共享的地址总线以及多条数据总线

多层，具有多个地址和数据总线

在大多数的系统中，地址通道带宽需求远小于数据通道带宽需求。使用共享总线以及多条数据总线的拓扑结

构实现并行数据传输时，可以在系统效率和互联复杂性间取得平衡。

AXI中使用寄存器切片

每一个AXI通道都只能单项传输信息，并且架构并没有要求各个通道间具有固定的时序依赖要求。因此，寄存

器切片可以插入到任何通道的任何位置，不过这会带来额外的延迟（Latency）。

以下两点是可能的：

信号名来源描述

ACLK 时钟源公共时钟信号

ARESETn 复位源公共复位信号，低有效

信号名来源描述

AWID

主设

备

写地址ID，该信号用于标识写地址组

AWADDR

主设

备

写地址，写突发操作中第一次数据传输的地址

在延迟和最大操作频率之间取得平衡。

在处理器和高性能存储器之间实现直接而又快速的链接，但同时又使用寄存器切片隔离性能不敏感外设

的长路径。

AXI术语

AXI组件与拓扑

下列术语描述了AXI组件：

组件（Component）

主组件（Master component）

从组件（Slave component），从组件包含存储器子组件和外设子组件

互联组件

对于特定的AXI传输，上游（Upstream）与下游（Downstream）指代AXI拓扑中AXI组件的相对位置。

AXI传输与存储器类型

当AXI主设备发起AXI操作时，对于AXI从设备：

AXI总线上所需的完整操作集形成AXI事务（Transaction）。

任何传输的有效数据都作为一次AXI突发传输（Burst）。

一次突发传输可以包含多次数据传输，一次数据传输称为一拍（Beat）。

AXI信号描述

下列信号被用于AXI3和AXI4。

公共信号

所有信号都在公共时钟的上升沿被采样。

写地址通道信号

信号名来源描述

AWLEN

主设

备

突发长度，这个字段标识每次突发传输的传输次数

AWSIZE

主设

备

突发大小，这个字段表示每次突发传输的大小

AWBURST

主设

备

突发类型，包括突发类型和突发大小信息，该字段决定了每次突发传输时地

址的计算方法

AWLOCK

主设

备

锁定类型，提供关于传输时原子特性的额外信息

AWCACHE

主设

备

存储器类型

AWPROT

主设

备

保护类型

AWQOS

主设

备

服务质量，即每次写传输的QoS标识符，仅AXI4支持

AWREGION

主设

备

区域标识符，允许一个从设备的单个物理接口用作多个逻辑接口，仅AXI4支

持

AWUSER

主设

备

用户定义信号，可选

AWVALID

主设

备

主设备给出的地址和相关控制信号有效

AWREADY

从设

备

从设备已准备好接收地址和相关的控制信号

信号名来源描述

WID 主设备写数据ID，该信号用于标识写数据传输，仅AXI3支持

WDATA 主设备写出的数据

WSTRB 主设备数据的字节选通，数据中每8bit对应这里的1bit

WLAST 主设备该信号用于标识当前传输是否为突发传输中的最后一次传输

WUSER 主设备用户定义信号，可选

WVALID 主设备主设备给出的数据和字节选通信号有效

WREADY 从设备从设备已准备好接收数据选通信号

写数据通道信号

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