何謂 AXI？關于AXI3/AXI4的相關基礎知識

引言

近來，幾乎每個賽靈思 IP 都使用 AXI 接口。Zynq?、Zynq MP、MicroBlaze? 和全新的 Versal? 處理器都無一例外使用 AXI 接口。因此，AXI 接口已成為幾乎所有新的賽靈思器件設計中不可或缺的一部分。充分了解其基礎知識對于賽靈思器件的設計和調試都很有幫助。

本篇博文將介紹賽靈思器件上的 AXI3/AXI4 的相關基礎知識。首先，我們將從一些通俗易懂的知識、理論和術語開始講解。

何謂 AXI？

AXI表示Advanced eXtensibleInterface（高級可擴展接口），它是由Arm定義的接口協(xié)議，包含在“高級微控制器總線架構AMBA”標準中。

AXI3/AXI4規(guī)格可通過Arm網(wǎng)站免費獲?。ㄦ溄樱?，因此如果您對其感興趣，我鼓勵您務必下載。

AXI4 接口 (AMBA 4.0) 分 3 種類型：

AXI4 (AXI4-Full)：用于滿足高性能存儲器映射需求。

AXI4-Lite：用于簡單的低吞吐量存儲器映射通信（例如，往來于狀態(tài)寄存器的通信）。

AXI4-Stream：用于高速流傳輸數(shù)據(jù)。

注：本文不涵蓋 AXI4-Stream 相關內容。此處“AXI”表示 AXI3、AXI4 和 AXI4-Lite。
注：AXI3 接口與 Full AXI 接口接近。

AXI 讀寫通道

AXI 協(xié)議定義了 5 條通道：

其中 2 條用于讀取傳輸事務

讀地址

讀數(shù)據(jù)

另 3 條用于寫入傳輸事務

寫地址

寫數(shù)據(jù)

寫響應

通道 (channel) 是與 VALID 和 READY 信號關聯(lián)的 AXI 信號的獨立集合。

注：AXI4/AXI3/AXI4-Lite 接口只能用于讀取（僅包含 2 條讀取通道）或者只能用于寫入（僅包含 3 條寫入通道）。

任一通道上發(fā)射的每一條數(shù)據(jù)都稱為一次傳輸 (transfer)。當 VALID 和 READY 信號均居高不下并且時鐘存在上升沿時，就會發(fā)生傳輸。例如，在下圖中，在 T3 處正在發(fā)生傳輸：

AXI 讀取傳輸事務

AXI 讀傳輸事務需要在 2 條讀取信道上發(fā)生多次傳輸。

首先，地址讀通道 (Address Read Channel) 從主設備 (Master) 發(fā)送到從設備 (Slave)，以便設置地址和部分控制信號。
然后，此地址的數(shù)據(jù)通過讀數(shù)據(jù)通道 (Read data channel) 從從設備發(fā)送到主設備。
請注意，根據(jù)下圖所示，每個地址中可發(fā)生多次數(shù)據(jù)傳輸。此類型的傳輸事務稱為突發(fā) (burst)。

AXI 寫入傳輸事務

AXI 寫入傳輸事務需要在 3 條讀取信道上存在多次傳輸。

首先，寫地址通道 (Address Write Channel) 從主設備發(fā)送到從設備，以便設置地址和部分控制信號。

然后，此地址的數(shù)據(jù)通過寫數(shù)據(jù)通道 (Write data channel) 從主設備發(fā)射到從設備。

最后，寫入響應通過寫響應通道 (Write Response Channel) 從從設備發(fā)送到主設備，以指示傳輸是否成功。

寫響應通道 (Write Response Channel) 上可能的響應值包括：

OKAY (0b00)：正常訪問成功。表示已成功完成正常訪問

EXOKAY (0b01)：專屬訪問成功。

SLVERR (0b10)：從設備錯誤。已成功訪問從設備，但從設備希望向發(fā)端主設備返回錯誤條件（例如，數(shù)據(jù)讀取無效）。

DECERR (0b11)：解碼器錯誤。通常由互連組件生成，用于指示傳輸事務地址處沒有任何從設備

注：讀取傳輸事務同樣包含響應值，但此響應通過讀響應通道 (Read Response Channel) 來發(fā)射

AXI4 接口要求

在 AXI4 規(guī)格中記錄了部分要求。

最值得注意的是：

斷言 VALID (AxVALID/xVALID) 信號時，它必須保持處于已斷言狀態(tài)直至從設備發(fā)出 AxREADY/xREADY 斷言后出現(xiàn)上升時鐘沿為止。

發(fā)送信息的 AXI 接口的 VALID 信號不得從屬于接收該信息的 AXI 接口的 READY 信號。

但是，READY 信號的狀態(tài)可從屬于 VALID 信號

寫響應必須始終位于所屬的寫入傳輸事務中最后一次寫入傳輸之后

讀數(shù)據(jù)必須始終位于數(shù)據(jù)相關的地址之后

從設備必須等待發(fā)出 ARVALID 和 ARREADY 斷言后，才能發(fā)出 RVALID 斷言以指示該有效數(shù)據(jù)可用