AXI接口簡介_AXI IP核的創(chuàng)建流程及讀寫邏輯分析

本文包含兩部分內(nèi)容：1）AXI接口簡介；2）AXI IP核的創(chuàng)建流程及讀寫邏輯分析。

1 AXI簡介（本部分內(nèi)容參考官網(wǎng)資料翻譯）

自定義IP核是Zynq學(xué)習(xí)與開發(fā)中的難點(diǎn)，AXI IP核又是十分常用的自定義IP核，因此掌握AXI IP核的創(chuàng)建流程及通信機(jī)制顯得尤為重要。要搞懂AXI IP核，就必須先了解AXI接口。先介紹如下：

1） AXI（Advanced eXtensible Interface）協(xié)議主要描述了主設(shè)備（Master）和從設(shè)備（Slave）之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，主設(shè)備和從設(shè)備之間通過握手信號(hào)建立連接。當(dāng)主設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，會(huì)發(fā)出和維持VALID信號(hào)，表示數(shù)據(jù)有效；當(dāng)從設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)發(fā)出READY信號(hào)。數(shù)據(jù)只有在這兩個(gè)信號(hào)都有效時(shí)才開始傳輸。

2） AXI協(xié)議（又稱AXI4.0），包括3種接口標(biāo)準(zhǔn)：AXI4、AXI-Stream、AXI-lite。

AXI4：適用于要求數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)膱龊稀?/p>

AXI-Stream：如FIFO，數(shù)據(jù)傳輸不需要地址，而是主從設(shè)備間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊希?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">視頻、高速AD等。

AXI-lite：可用于單個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，主要用于訪問一些低速外設(shè)。

3） AXI接口具有5個(gè)獨(dú)立通道：WriteAddress通道、Write Data通道、Write Response通道、Read Address通道、Read Address通道、Read Data通道。

4） 讀/寫通道并行地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，明顯提高了數(shù)據(jù)吞吐量，對寫數(shù)據(jù)，從設(shè)備會(huì)返回確認(rèn)信號(hào)，這樣可以保證寫數(shù)據(jù)通道的安全，讀/寫模型分別如圖1-1、圖1-2。

讀模型：主設(shè)備發(fā)送讀地址占用信號(hào)給從設(shè)備→從設(shè)備將數(shù)據(jù)寫入主設(shè)備，實(shí)現(xiàn)讀操作。

寫模型：主設(shè)備發(fā)送寫地址占用信號(hào)給從設(shè)備→主設(shè)備將數(shù)據(jù)寫入從設(shè)備→從設(shè)備回復(fù)確認(rèn)收到信號(hào)，實(shí)現(xiàn)寫操作。

5） AXI協(xié)議嚴(yán)格來講是一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的主/從接口協(xié)議，當(dāng)多個(gè)外設(shè)需要互相交互數(shù)據(jù)時(shí)，我們需要加入一個(gè)AXI Interconnect模塊，也就是AXI互聯(lián)矩陣，AXI Interconnect的作用是將一個(gè)或多個(gè)AXI主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)AXI 從設(shè)備。

6） AXI Interconnect IP核最多支持16個(gè)主設(shè)備和16個(gè)從設(shè)備，如果需要更多的接口可以在設(shè)計(jì)中加入多個(gè)IP核。

7） ZYNQ中的AXI接口包含三個(gè)類型，共9個(gè)，主要用于PS與PL的互聯(lián)。

（1）AXI_HP接口（PL模塊作為主設(shè)備）

包括4個(gè)，主要用于PL訪問PS上的存儲(chǔ)器。每個(gè)接口都有兩個(gè)FIFO緩沖器，一個(gè)是讀緩沖，一個(gè)是寫緩沖。

【實(shí)例：設(shè)計(jì)視頻處理時(shí)，高清的圖像可由FPGA直接完成采集、預(yù)處理，然后通過AXI_HP接口將數(shù)據(jù)高速傳輸至DDR中，供APU（加速處理器）完成進(jìn)一步的圖像處理】

（2）AXI_ACP接口（PS端是從設(shè)備端）

只有1個(gè)，又叫加速器一致性端口，適合做專用指令加速器模塊接口。PL端可直接從PS部分的Cache中拿到CPU的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也可以第一時(shí)間將邏輯加速運(yùn)算的結(jié)果送至Cache中，延時(shí)很小。

（3）AXI_GP接口（PS端是從設(shè)備端）

通用AXI接口，總共有4個(gè)。可用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，獲取傳感器信號(hào)等邏輯模塊的連接接口。

2 AXI IP核的創(chuàng)建流程及讀寫邏輯小結(jié)

（1）AXI IP核的創(chuàng)建流程（以AXI PWM IP為例）

環(huán)境：win 7 +64（i5，4G） Vivado 2014.4+Xilinx SDK2014.4

開發(fā)板：zedboard version d xc7z020clg484-1

1） 新建工程→Tools → Create and PackageIP → Next → Create a new AXI4 peripheral → 修改name： axi_pwm（如圖1）→ Next → 為用戶IP核添加AXI4總線接口的支持（如圖2）→ Add IP to the repository →Finish

圖1

圖2

2） 在Flow Navigator中選擇 IP Catalog，打開IP管理器，看到剛才添加的axi_pwm_v1.0（如圖3）→ 右擊axi_pwm_v1.0 → Edit in IPPackager選項(xiàng)，單擊OK，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開另一個(gè)Vivado IDE來對用戶IP核進(jìn)行編輯，完成IP核的封裝。

3） 在新打開的VivadoIDE中，在source窗口中雙擊打開axi_pwm_v1_0.v頂層文件，添加用戶自定義端口pwm_out（如圖4），并對端口進(jìn)行例化（如圖5）。

圖4

圖5

4） 雙擊打開axi_pwm_v1_0_S00_AXI.v實(shí)例化文件，添加端口聲明（如圖6），添加用戶信號(hào)（如圖7），添加用戶邏輯（如圖8）。

圖6

圖7

圖8

5） 切換到Package IP-axi_pwm窗口，點(diǎn)擊CustomizationParameters，單擊如圖9所示鏈接，對剛才修改過的頂層文件進(jìn)行更新。

圖 9

6） 點(diǎn)擊Review and Package →Re-Package IP，至此，AXI PWM IP核設(shè)計(jì)完成。

（2）讀寫邏輯小結(jié)

a. 輸入信號(hào)：

Input

Name

Remark

S_AXI_ACLK

全局時(shí)鐘信號(hào)

S_AXI_ARESETN

全局復(fù)位信號(hào)

S_AXI_AWADDR

寫地址信號(hào)

主機(jī)發(fā)送，從機(jī)接收

S_AXI_AWPROT

寫通道保護(hù)信號(hào)

這個(gè)信號(hào)標(biāo)志著傳輸?shù)奶貦?quán)與安全

S_AXI_AWVALID

寫地址有效信號(hào)

S_AXI_WDATA

寫數(shù)據(jù)信號(hào)

主機(jī)發(fā)送，從機(jī)接收

S_AXI_WSTRB

寫選通信號(hào)

這個(gè)信號(hào)表示寫字節(jié)通道保持有效，在每8位的寫數(shù)據(jù)總線上有1位被選通

S_AXI_WVALID

寫有效信號(hào)

S_AXI_BREADY

寫答復(fù)準(zhǔn)備好信號(hào)

這個(gè)信號(hào)表示主機(jī)可以接收到寫答復(fù)信號(hào)

S_AXI_ARADDR

讀地址信號(hào)

S_AXI_ARPROT

讀保護(hù)信號(hào)

S_AXI_ARVALID

讀地址有效信號(hào)

S_AXI_RREADY

讀準(zhǔn)備好信號(hào)

表示主機(jī)可以接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并且給予答復(fù)

b. 輸出信號(hào)：

Output

Name

Remark

S_AXI_AWREADY

寫地址準(zhǔn)備好信號(hào)

表示主機(jī)可以控制寫數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)寫功能

S_AXI_WREADY

寫準(zhǔn)備好信號(hào)

表示從機(jī)可以接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)

S_AXI_BRESP

寫答復(fù)信號(hào)

標(biāo)志從機(jī)是否接收到主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)

S_AXI_BVALID

寫答復(fù)有效信號(hào)

表示從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)

S_AXI_ARREADY

讀地址準(zhǔn)備好信號(hào)

表示主機(jī)可以讀取數(shù)據(jù)

S_AXI_RDATA

讀數(shù)據(jù)信號(hào)

從機(jī)發(fā)送，主機(jī)接收，即寫入主機(jī)

S_AXI_RRESP

讀答復(fù)信號(hào)

表示讀數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)

S_AXI_RVALID

讀有效信號(hào)

表示有效的數(shù)據(jù)已傳輸

c. 4個(gè)從機(jī)寄存器（在創(chuàng)建AXI IP時(shí)，可以自己設(shè)定個(gè)數(shù)，如圖2）

slv_reg0； slv_reg1； slv_reg2; slv_reg3；

d. 讀寫邏輯示意

寫：//寫準(zhǔn)備好信號(hào)——寫準(zhǔn)備好地址總線被占用——寫地址通道有效——寫地址選擇——寫數(shù)據(jù)傳輸——寫應(yīng)答回復(fù)

讀：//讀地址準(zhǔn)備好——讀總線被占用——讀地址有效信號(hào)產(chǎn)生——讀數(shù)據(jù)總線有效——讀數(shù)據(jù)有效——讀地址有效——主機(jī)寄存器讀取數(shù)據(jù)

注：寫的比較片面，期待大家的意見及補(bǔ)充。