FPGA学习经验的总结之一:AXI4协议

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简介:AXI(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线

一、特点

单向通道体系结构:信息流只以单方向传输,简化时钟域间的桥接,减少门数量。当信号经过复杂的片上系统时,减少延时。

支持多项数据交换:通过并行执行猝发操作,极大地提高了数据吞吐能力,可在更短的时间内完成任务,在满足高性能要求的同时,又减少了功耗。

独立的地址和数据通道:地址和数据通道分开,能对每一个通道进行单独优化,可以根据需要控制时序通道,将时钟频率提到最高,并将延时降到最低。

二、AXI4 的变种

AXI4:是面向地址映射的接口,允许最大256轮的数据突发传输;

AXI4-lite: 是一个轻量级的地址映射单次传输接口,占用很少的逻辑单元;

AXI4-Steam: 去掉了地址项,允许无限制的数据突发传输规模;

三、接口信号描述

要了解总线协议原理及其如何工作,首先需要对接口信号有一个大概的了解,在这里,接口信号分为7个部分,后面将一一列出。然后,分析总线的工作模式(最快捷的方式就是利用读写操作的时序图)

5个通道信号

write address channel signals 写地址通道

write data channel signals 写数据通道

write response channel signals写响应通道

Read address channel signals 读地址通道

read data channel signals 读数据通道

额外通道信号介绍

Global signals 全局信号

Low-power interface signals 低功耗接口信号

每一个AXI传输通道都是单方向的

注意:Global signals

FPGA学习经验的总结之一:AXI4协议

1、write address channel

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2、write data channel

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3、write response channel

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4、Read address channel

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5、read data channel

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6、Low-power interface signals

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四、握手机制

所有五个通道使用相同的 VALID/READY 握手来传输数据和控制信息。这种双向的流控制机制使得主设备和从设备都可以控制数据和控制信息的传输。源设备产生VALID 信号(VALID被拉高)标志着当前的数据和控制信息有效。目的设备产生READY 信号(READY被拉高)标志着可以接收主设备发来的数据和控制信息。只有当VALID 和READY 同时为高时,才能进行传输。

VALID和READY信号的先后顺序有一下三种形式:

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3.1 VALID早于READY信号

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3.2 READY信号早于VALID信号

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3.3 VALID信号与READY信号同时

五、基本事务

1、突发式读(read burst)事务时序图

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注:一些信号被忽略(如ARID、ARLEN等)

顺序为:主设备与从设备进行读地址通道握手,并传输地址内容(即ARVALID和ARREADY握手成功后,地址ARADDR被从设备接收)。然后进行读数据通道握手,并传输所读内容(即RVALID和RREADY握手成功后,数据RDATA被主设备读取)。时钟上升沿有效。

2、重叠突发式(overlapping read burst)读时序图

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表示在从设备接收到第一个地址后,主设备继续驱动第二个地址。这就使得从设备在发送第一个读数据后马上进行第二个读数据操作的发送。

3、突发式写(write burst)时序图

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顺序为:主设备与从设备进行写地址通道握手,并传输地址内容(即AWVALID和AWREADY握手成功后,地址AWADDR被从设备接收)。然后进行写数据通道握手,并传输所写内容(即WVALID和WREADY握手成功后,数据WDATA被从设备读取)。最后进行写回应通道握手,并传输写回应数据(即BVALID和BREADY握手成功后,响应数据BRESP被主设备读取)。时钟上升沿有效。

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