第八章AXI

AXI总线接口设计

CPU通过总线与系统中的内存、外设进行交互。

• CPU内部进行调整适应总线接口下的访存行为
• 设计遵循AXI总线协议的接口

8.1 类SRAM总线

AXI：主方一旦发起某一地址或数据的传输，在该传输握手成功前，不得更改传输的地址或数据。

8.2 类SRAM总线的设计

8.3 AXI总线协议

AXI（高级可扩展接口）总线是一种高性能、高带宽、低延迟的片商总线。

地址/控制和数据总线分离，支持不对齐的数据传输 ，同时在突发传输中只需要传送首地址，且使用分离的读写数据通道并支持乱序访问。

特点

• 信息流单向传输
• 支持多项数据交换，通过并行执行burst操作，极大地提高了数据吞吐能力。
• 独立的地址和数据通道，可根据需要对每个通道单独优化，插入流水，提高时钟频率。

五个通道

• 写请求 AW开头
• 写数据 W开头
• 写响应 B开头
• 读请求 AR开头
• 读响应 R开头

AXI架构

AXI一次完整读写过程称为一个总线事务（transaction），传输一个周期的数据称为一次传输（transfer）。

AXI使用双向握手协议，每次传输都需要主从双方给出确认信号。

互联架构

AXI的互联结构可以共享地址和数据通道，或共享地址通道但使用多个数据通道。

高频设计

可针对某通道进行优化设计插入寄存器提高频率。

基本事务

只有valid和ready同时为高，才进行数据传输。

AXI可以实现重叠事务，事务A的读数据还没传输完，从设备就已经接收读事务B的地址信息，可降低B事务的完成时间。传输过程中通过ID对不同的事务加以区别。

每一个读写事务都有一个ID标签，通过ID进行区分，因此支持读写事务乱序完成。

传输机制

传输类型：回绕（wrapping），顺序（incrementing），固定（fix）

回绕适合高速缓存行传输，顺序传输适合较长的内存访问，固定传输适合对外设FIFO的访问。

传输长度和传输数据宽度都可配置。

支持原子操作、安全和特权访问、不对齐访问，支持错误报告

AXI深入理解

1.握手

AXI采用握手机制实现主从交互。

其中为了避免死锁，AXI规范中明确规定valid有效不能依赖于ready，ready有效可以依赖于valid。

2. 总线事务和总线传输

因为AXI同一时刻可能进行多个不同的读写操作，因此采用更高层次的抽象”事务“来描述总线行为。一个总线事务包含多个总线传输，总线传输只针对valid和ready同时有效的那个时钟周期。

3. 地址、大小、数据

• 通过地址区分数据
• 寻址粒度是字节
• 主设备告诉从设备每次传输数据量的大小

4.多个通道

读写分离和读写合并是总线传输性能的权衡。

5.多通道间的事务握手依赖关系

6.并发访问

由于控制信号和数据信号分离，因此主机可连续发出多个请求。

7. 乱序响应

定义：后发出的请求可能先返回数据。乱序响应可提高总线的传输性能。

8.ID

通过ID来确定请求和响应之间的对应关系。但AXI规定，不同的事务也可以设置相同ID。

9。写响应通道的作用

在先写后读的场景下，容易读到旧值。

10、突发传输模式

一次32bit，一共读512bit的话，如果每次都要发送请求，需要16次握手。但突发传输模式只需要握手一次即可。

8.4 类SRAM-AXI的转接桥设计