关于握手信号,一篇文章说清楚
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三种情况:
- valid先发起请求
- ready先发起请求
- 同时发起请求
仔细观察上述3幅时序图,我们了解valid-ready握手机制需要注意三件事:
- valid与ready不可过度依赖,比如valid不可以等待ready到达再拉高(为了防止死锁TODO: 有没有具体点的例子?说明后果),但是在axi协议中的握手信号,ready是可以等待valid拉高再拉高的,valid不可依赖ready的原因是防止死锁(deadlock),本文的代码他俩彼此可以互相独立发出请求拉高;
- valid拉高时与有效数据同步,时钟要对齐;(valid与有效数据拉高的时钟要对齐,提高效率)
- 当数据计算好后,valid可以拉高等待ready拉高,但是每当握手成功之后,数据需要更新,如果此时没有新的有效数据,valid要拉低。
通过一个Ready信号告诉自己前面的模块暂停数据传输的方法被称之为‘反压’。
握手与反压
当入口流量大于出口流量,这时候就需要反压,或者,当后级未准备好时,如果本级进行数据传递,那么它就需要反压前级,所以此时前级需要将数据保持不动,直到握手成功才能更新数据。而反压在多级流水线中就变得稍显复杂,原因在于,比如我们采用三级流水设计,如果我们收到后级反压信号,我们理所当然想反压本级输出信号的寄存器,但是如果只反压最后一级寄存器,那么会面临一个问题,就是最后一级寄存器数据会被前两级流水冲毁,导致数据丢失,引出数据安全问题,所以我们此时需要考虑反压设计。
反压
常用的反压方法有三种:
- 不带存储体的反压
也就是后级反压信号对本级模块中所有流水寄存器都进行控制,由于不包含存储体,为了保证数据安全性,后级反压信号可以同时反压本模块中所有流水寄存器。
优点:节省面积资源
缺点:寄存器端口控制复杂
适用情况:流水线深度较大时
- 带存储体的逐级反压
如果流水级数不深,可以在每一需要握手交互模块增加存储体,原理上相当于,如果后级发出反压信号,可以直接对本级流水线数据源头进行反压,其余中间级不需控制,但后级需要包含RAM或FIFO等存储体,可以接收流水,并需设置水线(water line),确定反压时间,防止数据溢出,保证数据安全性。
优点:各级流水寄存器端口控制简单
缺点:需要额外存储体
适用情况:流水线深度较小,每一模块都包含存储体时
- 带存储体的跨级反压
很多时候在具体设计过程中,颗粒度划分不精细,反压这时候是对模块而言,而不是说模块内部有多少级流水。此外,并不是每一模块都带有存储体。比如,其中可能a模块没有存储体,b模块没有存储体,但ab模块内部还有多级流水,如果c模块有存储体,并且需要反压前级模块,这时候可以选择反压a模块的源头输入数据,然后将ab的流水都存储到带有存储体的c模块,但是如果ab不是都没有存储体的话,就不应该跨级反压,而应该逐级反压,具体原因后续会讲。
优点:控制简单方便
缺点:需要额外存储体,模块间耦合度高
适用情况:某些模块带存储体,某些模块不带存储体时