AXI4讀寫操作時序及AXI4猝發(fā)地址及選擇

AXI4讀操作

圖 4?15 讀通道架構(gòu)

如上圖所示，主設(shè)備向從設(shè)備通過讀地址通道指定讀數(shù)據(jù)地址及控制信號，從設(shè)備通過讀數(shù)據(jù)通道將指定地址上的數(shù)據(jù)傳輸給主設(shè)備。

圖4?16 Read Burst 流程

1、當(dāng)狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)為WAIT_START時，master將ARVALID拉高。

2、slave收到ARVALID信號后，將ARREADY拉高，持續(xù)到一次burst_len傳完為止。master收到ARREADY拉高的信號后，將ARVALID拉低。

3、ARADDR在ARVALID為高時給定對應(yīng)地址。

4、RREADY信號在收到RVALID信號為高時拉高，保持一個周期，讀取出數(shù)據(jù)。

5、RVALID信號由slave控制，具體控制模式參考slave模塊的設(shè)計。

6、當(dāng)一次讀取的最后一個數(shù)據(jù)包讀取時將RLAST拉高，表示一次Burst讀取完畢。

圖4?17 讀操作信號依賴

如圖可知，讀操作的兩個channel之間存在如下的依賴關(guān)系：必須等到ARVALID和ARREADY同時為High后，RVALID才能拉高。

AXI4寫操作：

圖4?18 寫通道架構(gòu)

如上圖所示，主設(shè)備向從設(shè)備通過寫地址通道指定寫數(shù)據(jù)地址及控制信號，從設(shè)備通過寫數(shù)據(jù)通道將指定數(shù)據(jù)寫到從設(shè)備的指定地址上。待數(shù)據(jù)寫入完成后，從設(shè)備通過寫響應(yīng)通道向主設(shè)備傳遞寫響應(yīng)信號，表明寫入完成。

圖4?19 Write Burst 流程

1、當(dāng)狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)為WAIT_START時，master將AWVALID拉高。

2、slave收到AWVALID信號后，將AWREADY拉高，持續(xù)到一次burst_len寫完為止.master收到AWREADY拉高的信號后，將AWVALID拉低。

3、AWADDR在AWVALID為高時給定對應(yīng)地址。

4、WREADY信號在收到WVALID信號為高時拉高，保持一個周期，寫入數(shù)據(jù)。

5、WVALID信號由slave控制，具體控制模式參考slave模塊說明。

6、當(dāng)一次寫入的最后一個數(shù)據(jù)包讀取時將WLAST拉高，表示一次寫入完畢。

7、BRESP和BVALID都由slave控制，當(dāng)收到WLAST信號時，BVALID拉高。

8、BREADY可以一直拉高，也可以在AWREADY信號拉高后保持拉高。直到BVALID信號拉高時將其拉低即可。

其中寫操作的信號依賴關(guān)系如下：

圖4?20 寫操作依賴

如圖可知，ADDR和DATA兩個channel之間不存在依賴關(guān)系，需要滿足的是必須等到WVALID和WREADY同時為High，且最后一次傳輸完成后，BVALID才能拉高，表明寫操作結(jié)束。

通道握手信號之間的依賴關(guān)系

為了對VALID和READY之間的關(guān)系有更深刻理解，下面在展開說明一下。

為了防止發(fā)生死鎖，必須重視握手信號之間的依賴關(guān)系。

任何交易中：

l一個 AXI 模塊的VALID 信號不能依賴于另一個模塊的READY 信號

lREADY 信號可以等待VALID 信號使能

-------------------注意---------------------------------------------

可以在使能 VALID 信號之后使能READY，也可以在使能VALID 信號之前將

READY 信號使能為默認(rèn)值，這樣設(shè)計更高效。.

--------------------------------------------------------------------

圖4?21和圖4?22為各握手信號之間的依賴關(guān)系圖。單箭頭指向的信號可以在指向它的信號未使能或使能后，它再使能；雙箭頭向的信號，必須在指向它的信號全都使能后，它再使能。

圖4?21中所示，在一次讀交易中：

l從設(shè)備使能ARREADY 信號之前，可以在等待 ARVALID 信號被使能。

l從設(shè)備必須等待ARVALID 和ARREADY信號都有效后，再去使能RVALID 信號以返回讀數(shù)據(jù)

圖4?21 讀交易中握手信號的依賴關(guān)系

圖4?22中所示，在一次寫交易中：

l主設(shè)備必須等待從設(shè)備使能AWVALID 、WVALID信號之后，主設(shè)備再去使能AWREADY 、WREADY信號。

l從設(shè)備可以等待使能AWREADY、WVALID信號或者同時使能倆個信號后，再去使能AWREADY。

l從設(shè)備可以等待使能AWREADY、WVALID信號或者同時使能倆個信號后，再去使能AWREADY。

l從設(shè)備可以等待使能AWREADY、WVALID信號或者同時使能倆個信號后，再去使能AWREADY。

圖4?22 寫交易握手信號依賴關(guān)系

注意：

在一次寫交易中，主設(shè)備不必等AWREADY 有效之后去發(fā)送WVALID ，這一點是很重要的。如果主設(shè)備在發(fā)送WVALID 信號之前，必定不會等待使能AWREADY 信號，反過來如果從設(shè)備在等待使能WVALID 信號，再去使能AWREADY則這樣就會造成死鎖狀況。

AXI協(xié)議中的基本交易

本部分給出基于 AXI協(xié)議的基本交易的示例。每個示例都使用了VALID 和READY握手機(jī)制。地址信息及數(shù)據(jù)的傳輸都是在VALID 和READY 信號同時為高的時候傳輸。示例下面幾部分介紹：

?讀猝發(fā)示例

?連續(xù)的讀猝發(fā)示例

?寫猝發(fā)示例

本部分也介紹了交易順序。

讀猝發(fā)示例

圖4?23為一個4 拍的讀猝發(fā) 交易的時序圖。在這個例子中，主設(shè)備發(fā)送地址，一個周期后從設(shè)備接收。

主設(shè)備在發(fā)送地址的同時也發(fā)送了一些控制信息，用于記錄猝發(fā)的類型和長度，為了保持圖的清晰性，在此省略這些信號。

地址總線上出現(xiàn)地址之后，在讀數(shù)據(jù)通道上發(fā)生數(shù)據(jù)的傳輸。從設(shè)備一直保持

VALID 信號為低，直到讀數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。從設(shè)備發(fā)送RLAST 信號標(biāo)志著此次猝發(fā)交易中這是最后一個數(shù)據(jù)的傳輸。

圖4?23 讀猝發(fā)交易

交疊讀猝發(fā)示例

圖4?24為主設(shè)備在從設(shè)備接收第一個猝發(fā)交易的地址后發(fā)送另一個猝發(fā)交易的地址的時序圖。這樣可以保證一個從設(shè)備在完成第一個猝發(fā)交易的同時可以開始處理第二個猝發(fā) 交易的數(shù)據(jù)。

圖4?24 交疊讀猝發(fā)交易

寫猝發(fā)示例

圖4?25為一次寫交易的時序圖。當(dāng)主設(shè)備發(fā)送地址和控制信息到寫地址通道之后，交易過程開始。然后主設(shè)備通過寫數(shù)據(jù)通道發(fā)送每一個寫數(shù)據(jù)，當(dāng)為最后一個需要發(fā)送的數(shù)據(jù)時，主設(shè)備將WLAST 信號置高。當(dāng)從設(shè)備接收完所有的數(shù)據(jù)時，從設(shè)備返回給主設(shè)備一個寫響應(yīng)信號標(biāo)志本次寫交易的結(jié)束。

圖4?25 寫猝發(fā)交易

信號描述

定義了AXI協(xié)議中使用的信號。雖然總線寬度和交易ID的寬度都是需要具體說明的，但在本章的表中先顯示32位的數(shù)據(jù)總線，一個4位的寫入數(shù)據(jù)選通，和4位的ID域。本章包含以下幾個部分：

l全局信號

l寫地址通道信號

l寫數(shù)據(jù)通道信號

l寫響應(yīng)通道信號

l讀地址通道信號

l讀數(shù)據(jù)通道信號

l低功耗接口信號

全局信號

表4?12 AXI全局信號

信號名	AXI4	AXI4-Lit
ACLK	全局時鐘。所有的信號在全局時鐘的上升沿采樣
ARESETN	全局復(fù)位，低有效。

寫地址通道信號

表4?13 寫地址通道信號

信號名	源	AXI4	AXI4-Lit
AWID	主	寫地址ID。這個信號用于寫地址信號組的標(biāo)記。	不支持
AWADDR	主	寫地址。寫地址給出突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€傳輸?shù)刂贰?/td>
AWLEN	主	突發(fā)長度。給出突發(fā)傳輸中準(zhǔn)確的傳輸個數(shù)。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
AWSIZE	主	突發(fā)大小。這個信號用于確定突發(fā)傳輸中每個傳輸?shù)拇笮　?/td>	不支持
AWBURST	主	突發(fā)類型。該信息與突發(fā)大小信息一起，表示在突發(fā)過程中，地址如何應(yīng)用于每個傳輸。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
AWLOCK	主	鎖類型。該信號提供了關(guān)于傳輸原子特性的額外信息（普通或互斥訪問）。	不支持
AWCACHE	主	緩存類型，建議值為0011。
AWPROT	主	保護(hù)類型，建議值為000。
AWQOS	主	QoS標(biāo)識符，xilinx AXI4不支持。	不支持
AWREGION	主	用于每個寫操作的地址通道上的域標(biāo)識符。	不支持
AWUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
AWVALID	主	寫地址有效信號。為高指示地址有效。
AWREADY	從	寫地址準(zhǔn)備信號。為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收地址；為低表示從設(shè)備忙。

寫數(shù)據(jù)通道信號

表4?14 寫數(shù)據(jù)通道信號

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
WDATA	主	寫數(shù)據(jù)，32位到1024位寬	只支持32位寬
WSTRB	主	寫字節(jié)選通，用于表示更新存儲器的字節(jié)通道，對于數(shù)據(jù)總線的每8位數(shù)據(jù)有一位寫選通信號。	從設(shè)備端可選擇忽略。
WLAST	主	寫最后一個數(shù)據(jù)指示信號。表示突發(fā)傳輸中的最后一個數(shù)據(jù)。	不支持
WUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
WVALID	主	寫有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
WREADY	從	寫準(zhǔn)備。為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示從設(shè)備忙。

寫響應(yīng)通道信號

表4?15 寫響應(yīng)通道信號

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
BID	從	響應(yīng)ID。寫響應(yīng)識別標(biāo)記，BID值必須匹配AWID值。	不支持
BRESP	從	寫響應(yīng)。該信號表示寫狀態(tài)，可允許相應(yīng)的表示為OKAYEXOKAYSLVERRDECERR。	EXOKAY狀態(tài)不支持
BUSER	從	xilinx AXI4不支持。	不支持
BVALID	從	寫響應(yīng)有效。為高指示響應(yīng)數(shù)據(jù)有效。
BREADY	主	寫響應(yīng)準(zhǔn)備。為高表示主設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收寫響應(yīng)；為低表示主設(shè)備忙。

讀地址通道信號

表4?16 讀地址通道信號

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
ARID	主	讀地址ID。這個信號用于讀地址信號組的標(biāo)記。	不支持
ARADDR	主	讀地址。讀地址給出突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€傳輸?shù)刂贰?/td>
ARLEN	主	突發(fā)長度。給出突發(fā)傳輸中準(zhǔn)確的傳輸個數(shù)。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
ARSIZE	主	突發(fā)大小。這個信號用于確定突發(fā)傳輸中每個傳輸?shù)拇笮　?/td>	不支持
ARBURST	主	突發(fā)類型。該信息與突發(fā)大小信息一起，表示在突發(fā)過程中，地址如何應(yīng)用于每個傳輸。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
ARLOCK	主	鎖類型。該信號提供了關(guān)于傳輸原子特性的額外信息（普通或互斥訪問）。	不支持
ARCACHE	主	緩存類型，建議值為0011。
ARPROT	主	保護(hù)類型，建議值為000。
ARQOS	主	QoS標(biāo)識符，xilinx AXI4不支持。	不支持
ARREGION	主	用于每個讀操作的地址通道上的域標(biāo)識符。	不支持
ARUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
ARVALID	主	讀地址有效信號。為高指示地址有效。
ARREADY	從	讀地址準(zhǔn)備信號。為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收地址；為低表示從設(shè)備忙。

讀數(shù)據(jù)通道信號

表4?17 讀數(shù)據(jù)通道信號

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
RID	從	讀ID標(biāo)記，該信號是讀數(shù)據(jù)信號組標(biāo)記，由從設(shè)備產(chǎn)生RID，RID必須和讀交易中的ARID匹配。	不支持
RDATA	從	讀數(shù)據(jù)。32位到1024位寬	只支持32位寬
RRESP	從	讀響應(yīng)。該信號表示讀狀態(tài)，可允許相應(yīng)的表示為OKAYEXOKAYSLVERRDECERR。	EXOKAY狀態(tài)不支持
RLAST	從	讀最后一個數(shù)據(jù)指示信號。表示突發(fā)傳輸中的最后一個數(shù)據(jù)。	不支持
RUSER	從	xilinx AXI4不支持。	不支持
RVALID	從	讀有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
RREADY	主	讀準(zhǔn)備。為高表示主設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示主設(shè)備忙。

AXI4-Stream信號

信號名	源	默認(rèn)值	功能
TVALID	No	N/A	Stream讀寫數(shù)據(jù)有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
TREADY	Yes	1	Stream讀寫讀準(zhǔn)備。為高表示對端設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示對端設(shè)備忙。
TDATA	Yes	0	Stream讀寫數(shù)據(jù)，8到4096位寬。
TSTRB	Yes	同TKEEP，否則為1	字節(jié)選通信號。用于表示更新存儲器的字節(jié)通道，對于數(shù)據(jù)總線的每8位數(shù)據(jù)有一位選通信號。
TKEEP	Yes	1	字節(jié)選通信號。TKEEP未被確認(rèn)的那些相關(guān)的字節(jié)是空字節(jié)，可以從數(shù)據(jù)流中去除。
TLAST	Yes	0	表明包的邊界。
TID	Yes	0	數(shù)據(jù)流標(biāo)識符。
TDEST	Yes	0	數(shù)據(jù)流路由信息。
TUSER	Yes	0	用戶定義的邊帶信息，這些信息能伴隨數(shù)據(jù)流進(jìn)行發(fā)送。

低功耗接口信號

表4?18 低功耗接口信號

AXI4猝發(fā)地址及選擇

地址選擇

主要描述AXI猝發(fā)類型、在一次猝發(fā)過程中如何計算地址以及字節(jié)傳輸?shù)耐ǖ?。包含章?jié)如下：

●關(guān)于地址選擇

●猝發(fā)長度

●猝發(fā)大小

●猝發(fā)類型

●猝發(fā)地址

關(guān)于地址選擇

AXI協(xié)議是基于猝發(fā)方式，主設(shè)備開始每次的猝發(fā)，是通過發(fā)送傳輸所需的控制信息和傳輸過程中所需的首字節(jié)地址的方式，隨著猝發(fā)交易進(jìn)行，從設(shè)備負(fù)責(zé)計算接下來的傳輸所需要的地址。

猝發(fā)數(shù)不能超過4KB臨界值，這是為了防止猝發(fā)長度在從設(shè)備之間出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，同時也限制了從設(shè)備需要地址增量的大小。

猝發(fā)長度

AWLEN 或ARLEN信號說明每次猝發(fā)傳輸開始時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫€數(shù)，如下圖所示，每猝發(fā)可以傳輸長1-16個數(shù)據(jù)。

圖4?26 每猝發(fā)可以傳輸長1-16個數(shù)據(jù)

對于循回猝發(fā)方式來講，猝發(fā)的長度必須是2，4，8，或16。

每次交易進(jìn)行時，必須通過設(shè)置AWLEN 或ARLEN信號來確定傳輸長度，任何器件都不能通過盡早地終止猝發(fā)的方式去減少數(shù)據(jù)傳輸個數(shù)。在一次寫猝發(fā)的過程中，主設(shè)備通過禁止寫選通信號的方式終止進(jìn)一步的寫操作，但是它必須完成本次猝發(fā)中剩下數(shù)據(jù)傳輸。在一次讀猝發(fā)過程中，主設(shè)備能丟棄進(jìn)一步的讀到數(shù)據(jù)，但是它必須完成在本次猝發(fā)中剩下的數(shù)據(jù)傳輸。

-------------------注意---------------------------------------------

當(dāng)訪問一個讀敏感設(shè)備例如FIFO時，拋棄不需要的讀數(shù)據(jù)會導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。主設(shè)備不會來訪問這樣一種設(shè)備，它使用的猝發(fā)長度比自身需要的還長。--------------------------------------------------------------------

猝發(fā)大小

下圖中顯示， 通過ARSIZE 或AWSIZE信號設(shè)定了，在一次猝發(fā)中，每一時鐘節(jié)拍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)的最大字節(jié)數(shù)，或數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)。

圖4?27 burst大小譯碼表

AXI協(xié)議通過傳輸?shù)刂穪頉Q定使用哪一個數(shù)據(jù)總線上的字節(jié)通道進(jìn)行傳輸。

對于地址遞增或地址循回的猝發(fā)，并且要求傳輸數(shù)據(jù)的寬度比數(shù)據(jù)總線上的要窄，這中猝發(fā)過程中，每次數(shù)據(jù)傳輸，使用不同的字節(jié)通道，這些通道對應(yīng)于猝發(fā)中每一個時鐘節(jié)拍。一個固定格式的猝發(fā)，其地址保持不變，每拍數(shù)據(jù)傳輸都使用相同的字節(jié)通道。

任何數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶挾榷疾荒艹^交易中期間的數(shù)據(jù)總線寬度。

猝發(fā)類型

AXI 協(xié)議定義了三種猝發(fā)類型：

●地址固定的猝發(fā)

●地址遞增的猝發(fā)

●地址循回的猝發(fā)

下圖顯示了如何通過ARBURST 或 AWBURST信號選擇猝發(fā)類型。

圖4?28 burst類型譯碼表

地址固定的猝發(fā)

在固定猝發(fā)類型中，猝發(fā)過程中，每次傳輸?shù)刂繁３忠粯?。如?dāng)加載或者清空一個FIFO外設(shè)時，使用這種類型可以重復(fù)訪問同一個位置。

地址遞增的猝發(fā)

在地址遞增的猝發(fā)類型中，猝發(fā)中每次傳輸所需的地址是通過增加前一個傳輸?shù)刂穪淼玫?。增加的值取決于傳輸量的大小。例如：一次猝發(fā)中，每次傳輸所需的地址為四個字節(jié)，那么這個地址就是有前一個地址值加四得到的。

地址循回的猝發(fā)

地址循回的猝發(fā)類型類似于地址遞增猝發(fā)類型，在地址遞增猝發(fā)類型中，每次傳輸所需的地址值是前一次傳輸?shù)刂返倪f增，而在地址循回猝發(fā)類型中，當(dāng)?shù)竭_(dá)循回的邊界時，地址再次回到低地址。循回的邊界是指，每次猝發(fā)的大小乘以該猝發(fā)過程的傳輸總量。

對于地址循回的猝發(fā)有兩個限制：

●起始地址必須與數(shù)據(jù)的大小對齊

●猝發(fā)的長度必須為 2，4，8 或16

猝發(fā)地址

這一節(jié)提供一些簡單的公式，在猝發(fā)過程中，用于確定地址和傳輸字節(jié)通道。公式中使用到的變量如下：

Start_Address 主設(shè)備發(fā)起的起始地址

Number_Bytes 每次數(shù)據(jù)傳輸中允許的最大的字節(jié)數(shù)

Data_Bus_Bytes 數(shù)據(jù)總線上的字節(jié)通道數(shù)

Aligned_Address 與起始地址對齊的類型

Burst_Length 一次猝發(fā)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭?/p>

Address_N 猝發(fā)中傳輸N的地址，N是2-16之間的一個整數(shù)。

Wrap_Boundary 一次循回猝發(fā)中的最低地址

Lower_Byte_Lane 一次傳輸中最低地址對應(yīng)的字節(jié)通道

Upper_Byte_Lane 一次傳輸中最高地址對應(yīng)的字節(jié)通道

INT(x) x四舍五入后的值

使用如下公式確定猝發(fā)過程中的傳輸?shù)刂?：

● Start_Address = ADDR

● Number_Bytes=2SIZE

● Burst_Length= LEN+1

●Aligned_Address=(INT(Start_Address / Number_Bytes))x Number_Bytes

使用如下公式確定猝發(fā)中首次傳輸所需的地址

●Address_1 = Start_Address .

使用如下公式確定猝發(fā)中首次傳輸后任何傳輸所需的地址

●Address_N = Aligned_Address+(N–1) x Number_Bytes.

對于循回猝發(fā)方式，Wrap_Boundary這個變量用于記錄循回的邊界：

●Wrap_Boundary =(INT (Start_Address /( Number_Bytesx Burst_Length)))

x(Number_Bytesx Burst_Length).

如果Address_N = Wrap_Boundary +(Number_Bytesx Burst_Length),使用以下公式：

●Address_N = Wrap_Boundary .

計算完循回邊界后使用如下公式：

●Address_N = Start_Address +((N–1)x Number_Bytes) - ( Number_Bytesx Burst_Length).

通過使用以下方程可以確定一次猝發(fā)中，哪個字節(jié)通道用于首次傳輸

●Lower_Byte_Lane=Start_Address-(INT(Start_Address/ Data_Bus_Bytes))

x Data_Bus_Bytes

●Upper_Byte_Lane=Aligned_Address+(Number_Bytes-1)-(INT ( Start_Address / Data_Bus_Bytes)) x Data_Bus_Bytes.

使用如下公式可以確定一次猝發(fā)中，首次傳輸之后，所有傳輸都使用了哪些字節(jié)通道

●Lower_Byte_Lane= Address_N –(INT ( Address_N / Data_Bus_Bytes)) x Data_Bus_Bytes

●Upper_Byte_Lane= Lower_Byte_Lane+ Number_Bytes–1.

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)公式如下：

●DATA[(8xUpper_Byte_Lane)+7:(8xLower_Byte_Lane)].