SoC常見問題 - axi deadlock

最近多個(gè)項(xiàng)目并行，實(shí)在是沒有時(shí)間分享了，今天在評(píng)論區(qū)看到了一個(gè)非常有意義的問題，同樣也是社招，校招最常見的問題。那就是AXI協(xié)議怎么避免死鎖呢？

兩種死鎖場(chǎng)景分別是亂序讀和寫交織，有的人更熟悉英文，那就是out of order和interleaving。下面我們分析原因。

亂序讀：我們知道AXI協(xié)議支持亂序讀，那么為什么能實(shí)現(xiàn)呢？這也是常見面試題目，那就是因?yàn)锳XI（現(xiàn)在單指AXI3）每個(gè)通路都有相應(yīng)的ID，通過請(qǐng)求和響應(yīng)ID的一致來將打亂的順序恢復(fù)。

現(xiàn)在假設(shè)M1發(fā)給S1的請(qǐng)求ID可以是1，2，3，M1發(fā)給S2的ID可以是3，4，5?，F(xiàn)在M1分別發(fā)起了兩組outstanding傳輸給S1和S2，RID是隨機(jī)的，也就是ARID_S1和ARID_S2存在都是3的可能。并且如圖，S1/S2響應(yīng)的時(shí)間是不同的，所以也就存在S1和S2 RID=3的響應(yīng)順序是不確定的，例如M1>S2先發(fā)出ID=3的請(qǐng)求，長(zhǎng)度為16，又發(fā)出M1>S1的ID=3的請(qǐng)求，長(zhǎng)度為8，但是由于S2響應(yīng)慢，M1會(huì)先拿到S1的響應(yīng)，那么M1收到ID為3的響應(yīng)時(shí)該怎么區(qū)分呢？答案是無法區(qū)分，所以這種場(chǎng)景會(huì)造成M1工作異常（接到全部數(shù)據(jù)的時(shí)候沒有rlast信號(hào)，此時(shí)正處于S2響應(yīng)的中間，并沒有RLAST會(huì)導(dǎo)致M1認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤）。具體解決方案是per slave per id，M0發(fā)起訪問時(shí)，會(huì)判斷已經(jīng)發(fā)出去的ID，保證每個(gè)slave收到的ID是唯一的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)axi master時(shí)也要這樣，當(dāng)然，我們也可以投機(jī)取巧，固定值。

想必一定有熟悉coreconsulatant和ARM NIC的同學(xué)，配置的時(shí)候有兩個(gè)參數(shù)，那就是每組outstanding可以使用的ID個(gè)數(shù)，以及每個(gè)ID對(duì)應(yīng)的指令個(gè)數(shù)，兩者相乘就是outstanding能力，所以為了避免死鎖我們會(huì)將ID個(gè)數(shù)配置為1（當(dāng)然僅限第一級(jí)矩陣，也就是和自研AXI_M連接的地方，這樣太暴力），這樣Master就很容易區(qū)分不同slave設(shè)備的響應(yīng)了，但是缺點(diǎn)也很明顯，那就是會(huì)降低性能，不同ID的請(qǐng)求會(huì)被矩陣master反壓，所以我們?cè)O(shè)置的需要合理。怎么算合理呢？首先如果大家看過cpu文檔，會(huì)發(fā)現(xiàn)ID個(gè)數(shù)以及不同ID的含義是有明確定義的，所以我們配置時(shí)要考慮master的ID個(gè)數(shù)，但是master cpu訪問我們時(shí)限制不了的，所以我們會(huì)在那里下手呢？那就是矩陣，需要做remap，NIC和NOC都有這種設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)保證ID的唯一性。

亂序讀死鎖常見結(jié)構(gòu)

交織寫：AXI3協(xié)議支持交織寫，原因就是容易造成總線死鎖，其實(shí)并不是交織寫容易造成死鎖，而是某些場(chǎng)景容易出現(xiàn)（矩陣配置不合理，或者不同路徑delay分析不正確）。我們分析一下原因。

如下圖，假設(shè)M1對(duì)S1地址發(fā)起多次burst傳輸，并且因?yàn)榫仃囍С纸豢棇懀瑫?huì)把M1訪問的順序打亂（原因是master的數(shù)據(jù)也是由上級(jí)傳遞過來的，順序可能不同）。如果不好理解的話，可以抽象將M1和M2認(rèn)為是一個(gè)master，都在訪問S1，矩陣的interleaving深度是>1的，也就是S1出口會(huì)將寫的順序打亂，導(dǎo)致waddr和wdata的順序改變，那么結(jié)果是什么呢？那就是驢頭不對(duì)馬嘴，想寫A1，但是數(shù)據(jù)卻寫到了A2地址，但是控制通路已經(jīng)規(guī)定了burst長(zhǎng)度，如果wlast出現(xiàn)的時(shí)候數(shù)據(jù)不夠，或者多了，當(dāng)然會(huì)讓slave出現(xiàn)問題嘍。

這也是為什么AXI4取消了WID的主要原因。

交織寫死鎖常見結(jié)構(gòu)

交織讀為什么不容易死鎖呢？

如果是M1訪問S1，根本不會(huì)出現(xiàn)交織，這個(gè)場(chǎng)景安全。

如果M1同時(shí)訪問S1和S2，因?yàn)榫仃囇舆t的不同，很有可能發(fā)生交織，但是由于ARID和RID不同，也不會(huì)造成死鎖。也是安全的。

但是當(dāng)然存在不安全的場(chǎng)景，那就是master不支持交織，矩陣支持交織，同樣會(huì)導(dǎo)致總線異常，所以我們配置矩陣IP時(shí)，一定要充分了解所有的master設(shè)備和slave設(shè)備。主要參數(shù)如下：outstanding能力，read interleaving深度，master id寬度，master個(gè)數(shù)，slave id寬度（矩陣slave口ID寬度會(huì)受master個(gè)數(shù)影響，id一定不能截位，但是可以remap）等。