AXI總線學習

AXI 有讀地址和控制、讀數據、寫地址和控制、寫數據、寫響應5個通道。

控制和數據通道分離，可以帶來很多好處。地址和控制信息相對數據的相位獨立，可以先發地址，然后再是數據，這樣自然而然的支持顯著操作，也就是outstanding操作。Master訪問slave的時候，可以不等需要的操作完成，就發出下一個操作。這樣，可以讓slave在控制流的處理上流水起來，達到提速的作用。同時對于master，也許需要對不同的地址和slave就行訪問，所以可以對不同的slave 連續操作。而這樣的操作，由于slave返回數據的先后可能不按照master 發出控制的先后進行，導致出現了亂序操作（out of order ）。

AXI的性能

AXI 能夠使SoC 以更小的面積、更低的功耗，獲得更加優異的性能。AXI獲得如此優異性能的一個主要原因，就是它的單向通道體系結構。單向通道體系結構使得片上的信息流只以單方向傳輸，減少了延時。　　

選擇采用何種總線，我們要評估到底怎樣的總線頻率才能滿足我們的需求，而同時不會消耗過多的功耗和片上面積。ARM一直致力于以最低的成本和功耗追求更高的性能。這一努力已經通過連續一代又一代處理器內核的發布得到了實現，每一代新的處理器內核都會引入新的流水線設計、新的指令集以及新的高速緩存結構。這促成了眾多創新移動產品的誕生，并且推動了ARM架構向性能、功耗以及成本之間的完美平衡發展。　　

AXI總線是一種多通道傳輸總線，將地址、讀數據、寫數據、握手信號在不同的通道中發送，不同的訪問之間順序可以打亂，用BUSID來表示各個訪問的歸屬。主設備在沒有得到返回數據的情況下可發出多個讀寫操作。讀回的數據順序可以被打亂，同時還支持非對齊數據訪問。　　

AXI總線還定義了在進出低功耗節電模式前后的握手協議。規定如何通知進入低功耗模式，何時關斷時鐘，何時開啟時鐘，如何退出低功耗模式。這使得所有IP在進行功耗控制的設計時，有據可依，容易集成在統一的系統中。

AXI的特點

　　單向通道體系結構。信息流只以單方向傳輸，簡化時鐘域間的橋接，減少門數量。當信號經過復雜的片上系統時，減少延時。 　　

支持多項數據交換。通過并行執行猝發操作，極大地提高了數據吞吐能力，可在更短的時間內完成任務，在滿足高性能要求的同時，又減少了功耗。　　

獨立的地址和數據通道。地址和數據通道分開，能對每一個通道進行單獨優化，可以根據需要控制時序通道，將時鐘頻率提到最高，并將延時降到最低。　　

增強的靈活性。AXI技術擁有對稱的主從接口，無論在點對點或在多層系統中，都能十分方便地使用AXI技術。

AXI4的工作模式

握手機制

AXI4所采用的是一種READY，VALID握手通信機制，即主從模塊進行數據通信前，新根據操作對各所用到的數據、地址通道進行握手。主要操作包括傳輸發送者A等到傳輸接受者B的READY信號后，A將數據與VALID信號同時發送給B。如下圖所示：

axi總線的五個通道：

• 讀地址通道，包含ARVALID, ARADDR, ARREADY信號；
• 寫地址通道，包含AWVALID，AWADDR, AWREADY信號；
• 讀數據通道，包含RVALID, RDATA, RREADY, RRESP信號；
• 寫數據通道，包含WVALID, WDATA，WSTRB, WREADY信號；
• 寫應答通道，包含BVALID, BRESP, BREADY信號；
• 系統通道，包含：ACLK，ARESETN信號；

其中ACLK為axi總線時鐘，ARESETN是axi總線復位信號，低電平有效；讀寫數據與讀寫地址類信號寬度都為32bit；READY與VALID是對應的通道握手信號；WSTRB信號為1的bit對應WDATA有效數據字節，WSTRB寬度是32bit/8=4bit；BRESP與RRESP分別為寫回應信號，讀回應信號，寬度都為2bit，‘h0代表成功，其他為錯誤。

A.讀操作：

順序為主與從進行讀地址通道握手并傳輸地址內容，然后在讀數據通道握手并傳輸所讀內容以及讀取操作的回應，時鐘上升沿有效。如圖所示：

B.寫操作：

順序為主與從進行寫地址通道握手并傳輸地址內容，然后在寫數據通道握手并傳輸所讀內容，最后再寫回應通道握手，并傳輸寫回應數據，時鐘上升沿有效。如圖所示：

axis分為：

• tready信號：從告訴主做好傳輸準備；
• tvalid信號：主告訴從數據傳輸有效；
• tlast信號：主告訴從該次傳輸為突發傳輸結尾；
• tdata信號：數據，可選寬度32,64,128,256bit
• tstrb信號：為1的bit為對應tdata有效字節，寬度為tdata/8
• tuser信號 ：用戶定義信號，寬度為128bit
• aclk信號：總線時鐘，上升沿有效；
• aresetn信號：總線復位，低電平有效；

通信時序如圖所示：

axi與axis是AXI4總線中通信復雜度較低的兩條總線，最大開發難度存在于axi的控制平面向axis的數據平面下發參數時，由于axi與axis時鐘頻率不同而產生的跨時鐘域數據傳輸問題。

AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求；

AXI4-Lite：是一個簡單地吞吐量地址映射性通信總線；

AXI4-Stream：面向高速流數據傳輸；

AXI4總線分為主、從兩端，兩者間可以連續的進行通信。

ISE從12.3版本，Virtex6，Spartan6芯片開始對AXI4總線提供支持，并且隨著Xilinx與ARM的合作面逐漸展開而得到大力推廣。

AXI4的優勢

1.通過統一的AXI接口，開發者為開發ip core只需要學習一種協議即可；

2.AXI4是面向地址映射的接口，允許最大256輪的數據突發傳輸；

3.AXI4-Lite是一個輕量級的地址映射單次傳輸接口，占用很少的邏輯單元；

4.AXI4-Stream去掉了地址項，允許無限制的數據突發傳輸規模；