在握手協議中的Valid及data打拍技巧

問題描述

AXI 協議使用的是valid-ready握手的方式去傳輸數據。關于valid ready 握手，有幾個要點：

• 數據data使用valid作為有效性指示。當valid為1是，data數據才有效。
• valid和ready信號同時為高時，數據傳輸真正發(fā)生。
• valid在沒有ready到來的情況下，不能自己變?yōu)?。也就是，數據沒有處理，必須一直等待。
• ready表征下一級是否準備好。ready信號可以隨時起來，隨時下去。

valid與data的時序修復

對于valid 跟data的時序問題，比較好修，這也是pipeline機制中，最常見的修timing的方法：打一拍。所有的打一拍，都可以抽象為valid-ready data 模型。在這個模型中。valid 和data需要打一拍，改善時序。

最常見的修復方法

valid在握手的情況下，打一拍，傳到下級，不握手的情況下，維持原值。data數據一樣。對于ready則是直接傳過去即可。

VALID_DOWN <= handshake ? VALID_UP : VALID_DOWN         ;
DATA_DOWN  <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN           ;
READY_UP    = READY_DOWN                                ;

進行修改——簡化

對其進行修改，可以發(fā)現邏輯進行簡化：valid的邏輯，在傳輸的時候，可以直接使用ready_up。也就是，ready_up是1的時候，你可以傳。也就是變?yōu)槿缦麓a：

VALID_DOWN <= READY_UP  ? VALID_UP : VALID_DOWN         ;
DATA_DOWN  <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN           ;
READY_UP    = READY_DOWN                                ;

進行修改——無氣泡傳輸

對其繼續(xù)進行修改，可以發(fā)現現在的電路，已經存在了一級寄存器。這一級寄存器，可以給上一級的data，多提供一級存儲。也就是說，就算是下級ready是0，只要寄存器里邊沒有數，上一級仍然可以ready為高，將數據存儲一拍。本質上就是消除了一級氣泡。

VALID_DOWN <= READY_UP  ? VALID_UP : VALID_DOWN         ;
DATA_DOWN  <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN           ;
assign READY_UP = READY_DOWN || ~VALID_DOWN             ;

示例代碼

這是最常用的一個valid打拍的情況。詳細示例代碼如下，僅供參考：

(p.s.：本代碼為業(yè)余時間作為個人興趣寫的代碼，未經嚴謹驗證，僅供原型原理說明，可復制粘貼使用，但不承諾準確性。)

module valid_flop
        (
        CLK                                                                     ,
        RESET                                                                   ,
        VALID_UP                                                                ,
        READY_UP                                                                ,
        DATA_UP                                                                 ,
        VALID_DOWN                                                              ,
        READY_DOWN                                                              ,
        DATA_DOWN
        );

//-----------------------------------------------------------------------------
parameter WIDTH            = 32                                                 ;

//-----------------------------------------------------------------------------
input                      CLK                                                  ;
input                      RESET                                                ;
input                      VALID_UP                                             ;
output                     READY_UP                                             ;
input  [WIDTH-1:0]         DATA_UP                                              ;
output                     VALID_DOWN                                           ;
input                      READY_DOWN                                           ;
output [WIDTH-1:0]         DATA_DOWN                                            ;

//-----------------------------------------------------------------------------
wire                       CLK                                                  ;
wire                       RESET                                                ;
wire                       VALID_UP                                             ;
wire                       READY_UP                                             ;
wire   [WIDTH-1:0]         DATA_UP                                              ;
//Down Stream
reg                        VALID_DOWN                                           ;
wire                       READY_DOWN                                           ;
reg    [WIDTH-1:0]         DATA_DOWN                                            ;

//-----------------------------------------------------------------------------
//Valid
always @(posedge CLK)
if (RESET)  VALID_DOWN <= 1'b0                                                  ;
else        VALID_DOWN <= READY_UP ? VALID_UP : VALID_DOWN                      ;
//Data
always @(posedge CLK)
if (RESET)  DATA_DOWN <= {WIDTH{1'b0}}                                          ;
else        DATA_DOWN <= (READY_UP && VALID_UP) ? DATA_UP : DATA_DOWN           ;
//READY with buble collapsing.
assign READY_UP = READY_DOWN || ~VALID_DOWN                                     ;
//READY with no buble collapsing.
//assign READY_UP = READY_DOWN                                                  ;

endmodule

模型變化

上面的模型可以有很多變化，比如一種協議，不存在反壓，或者說只有valid 和data，數據總是可以發(fā)送的。

VALID_DOWN <= VALID_UP        							;
DATA_DOWN  <= VALID_UP ? DATA_UP : DATA_DOWN            ;
valid only_no_data模型

上面的模型繼續(xù)變化，比如只有control信號，沒有數據(data)。就簡化成直接打一拍了。

VALID_DOWN <= VALID_UP