AMBA4 AXI 多主机多传输

• 参考
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/149112312

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1. 多主机 AXI 架构

• 单个主机的特性描述见这篇博客.

2. 不同主机间的事务独立

• 如何实现多主机间事务独立
  • （1）各主机保证自己的ID与其它主机不同。
    • 协议并没有在主机之间设立消息共享机制，也就是各个主机都不知道其它主机使用的是什么ID，也就没办法避免。
  • （2）使用AXI Interconnect组件对不同主机的ID进行调整，即使各个主机发出的ID相同，经过AXI Interconnect之后，从机拿到的ID也是不同的。
    • 如上图所示，主机连接到Interconnect组件有对应的Sx端口，x值即表示了传输事务来自哪个主机，所以Interconnect可以在主机发过来的ARID号前面加上附加值x，再发送给从机。
    • 对于从机返回的RID，Interconnect需要剥掉附加值再返回数据给主机。
    • 虽然需要剥离，但是可以根据从机返回的RID和BID的附加值直接将其转发至对应的主机。
    • 参考文献中有图片解释，更为清晰。
    • 考虑到要加附值信号，而赋值信号的位宽取决于主机的个数。
      • 协议建议：主机端ID位宽不超过4bit，从机端ID位宽不超过8bit。

3. Interconnect 功能

3.1 转发功能

• AXI 本是一个单对单的协议，需要借助Interconnect组件才能实现多对多的通信。
• Interconnect使用交叉总线连接每一个主机和从机端口，而交差总线的选通是由Interconnect内部的switch fabric或称crossbar来控制的。
  • 选通实现：Interconnect接收到主机发送过来的AxADDR，将其进行译码，选择对应的从机，这个过程相当于把哪根交叉线选通。
• 写传输事务中，Interconnect需要保证写数据的保序性。
  • （1）写数据的顺序需要与写事务的顺序保持一致。
  • （2）在一个写事务的写数据期间，不能插入其它事务的数据。

3.2 多机仲裁功能

• 需求：考虑到主机传输事务独立性，可能同时多个主机提出使用总线进行传输。Interconnect 也需为多个从机提供仲裁。
• Interconnect中每个主机/从机接口有对应的缓冲通道Buff，而仲裁就是决定从哪个缓冲通道中读取事务，输入crossbar。
• 仲裁策略
  • （1）轮询（round-robin），轮流从各个主机的缓存通道读取事务。
  • （2）优先级仲裁（priority），先读高优先级的缓存通道。

3.3 读数据重排序功能

• 在这篇博客中介绍，单主机的读事务中，由从机负责（相同ID传输事务的）保序性。
• 在多主机通信中，主机可能向多个从机发出ID一致的传输事务，此时需要Interconnect来保证从机返回主机数据的顺序要与主机发出的事务顺序一致。重排序电路设计与从机内的相似。

4. AXI的交织（interleave）

4.1 interleave & out of order

• 两者的粒度不同，前者的粒度是transfer，后者的粒度是transaction。
• 读交织下，会出现在一个transaction中插入了其它transaction的transfer。如下图所示：
  
  • 读交织也是通过RID和ARID进行不同事务识别的。
• 而下图为读乱序：
  
• AXI手册中有三个概念
  • transfer
  • burst
  • transaction（传输事务）
  • 在每个传输事务中，数据突发传输（burst），而突发传输可以有多个Beat（transfer）。

4.2 AXI4为什么不支持写交织

• 写交织
  • 例子：有两个写事务，Trans0/1，每个事务有两个写数据：A/B。
    • 当不支持写交织时，只有第一个写事务的数据完成传输后才可以传输下一个事务的数据。即0A,0B,1A,1B.
    • 当支持写交织时，可以在事务中插入另一个事务的数据，即可以是0A,1A,0B,1B;或0A,1A,1B,0B.
  • 可以提高系统的效率，如下图，事务0每两个周期写一个数据，事务1每个周期写一个数据，采用写交织可以减少总线传输中的气泡。
    
• 应用场景有限
  • 写交织只对多主机有效，而对于单主机来说，主机可以将Trans0拆分成两个事务，可以实现和写交织一样的传输效率。
    
• 使用起来复杂
  • 写交织设计较为复杂，ARM需要施加很多约束，以避免出现死锁的现象。

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如有问题，请多指正！！