引言

近來(lái)，幾乎每個(gè)賽靈思 IP 都使用 AXI 接口。Zynq?、Zynq MP、MicroBlaze? 和全新的 Versal? 處理器都無(wú)一例外使用 AXI 接口。因此，AXI 接口已成為幾乎所有新的賽靈思器件設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。充分了解其基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于賽靈思器件的設(shè)計(jì)和調(diào)試都很有幫助。

本篇博文將介紹賽靈思器件上的 AXI3/AXI4 的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。首先，我們將從一些通俗易懂的知識(shí)、理論和術(shù)語(yǔ)開始講解。

何謂 AXI？

AXI表示Advanced eXtensibleInterface（高級(jí)可擴(kuò)展接口），它是由Arm定義的接口協(xié)議，包含在“高級(jí)微控制器總線架構(gòu)AMBA”標(biāo)準(zhǔn)中。

AXI3/AXI4規(guī)格可通過(guò)Arm網(wǎng)站免費(fèi)獲?。ㄦ溄樱?，因此如果您對(duì)其感興趣，我鼓勵(lì)您務(wù)必下載。

AXI4 接口 (AMBA 4.0) 分 3 種類型：

AXI4 (AXI4-Full)：用于滿足高性能存儲(chǔ)器映射需求。

AXI4-Lite：用于簡(jiǎn)單的低吞吐量存儲(chǔ)器映射通信（例如，往來(lái)于狀態(tài)寄存器的通信）。

AXI4-Stream：用于高速流傳輸數(shù)據(jù)。

注：本文不涵蓋 AXI4-Stream 相關(guān)內(nèi)容。此處“AXI”表示 AXI3、AXI4 和 AXI4-Lite。
注：AXI3 接口與 Full AXI 接口接近。

AXI 讀寫通道

AXI 協(xié)議定義了 5 條通道：

其中 2 條用于讀取傳輸事務(wù)

讀地址

讀數(shù)據(jù)

另 3 條用于寫入傳輸事務(wù)

寫地址

寫數(shù)據(jù)

寫響應(yīng)

通道 (channel) 是與 VALID 和 READY 信號(hào)關(guān)聯(lián)的 AXI 信號(hào)的獨(dú)立集合。

注：AXI4/AXI3/AXI4-Lite 接口只能用于讀取（僅包含 2 條讀取通道）或者只能用于寫入（僅包含 3 條寫入通道）。

任一通道上發(fā)射的每一條數(shù)據(jù)都稱為一次傳輸 (transfer)。當(dāng) VALID 和 READY 信號(hào)均居高不下并且時(shí)鐘存在上升沿時(shí)，就會(huì)發(fā)生傳輸。例如，在下圖中，在 T3 處正在發(fā)生傳輸：

AXI 讀取傳輸事務(wù)

AXI 讀傳輸事務(wù)需要在 2 條讀取信道上發(fā)生多次傳輸。

首先，地址讀通道 (Address Read Channel) 從主設(shè)備 (Master) 發(fā)送到從設(shè)備 (Slave)，以便設(shè)置地址和部分控制信號(hào)。
然后，此地址的數(shù)據(jù)通過(guò)讀數(shù)據(jù)通道 (Read data channel) 從從設(shè)備發(fā)送到主設(shè)備。
請(qǐng)注意，根據(jù)下圖所示，每個(gè)地址中可發(fā)生多次數(shù)據(jù)傳輸。此類型的傳輸事務(wù)稱為突發(fā) (burst)。

AXI 寫入傳輸事務(wù)

AXI 寫入傳輸事務(wù)需要在 3 條讀取信道上存在多次傳輸。

首先，寫地址通道 (Address Write Channel) 從主設(shè)備發(fā)送到從設(shè)備，以便設(shè)置地址和部分控制信號(hào)。

然后，此地址的數(shù)據(jù)通過(guò)寫數(shù)據(jù)通道 (Write data channel) 從主設(shè)備發(fā)射到從設(shè)備。

最后，寫入響應(yīng)通過(guò)寫響應(yīng)通道 (Write Response Channel) 從從設(shè)備發(fā)送到主設(shè)備，以指示傳輸是否成功。

寫響應(yīng)通道 (Write Response Channel) 上可能的響應(yīng)值包括：

OKAY (0b00)：正常訪問(wèn)成功。表示已成功完成正常訪問(wèn)

EXOKAY (0b01)：專屬訪問(wèn)成功。

SLVERR (0b10)：從設(shè)備錯(cuò)誤。已成功訪問(wèn)從設(shè)備，但從設(shè)備希望向發(fā)端主設(shè)備返回錯(cuò)誤條件（例如，數(shù)據(jù)讀取無(wú)效）。

DECERR (0b11)：解碼器錯(cuò)誤。通常由互連組件生成，用于指示傳輸事務(wù)地址處沒(méi)有任何從設(shè)備

注：讀取傳輸事務(wù)同樣包含響應(yīng)值，但此響應(yīng)通過(guò)讀響應(yīng)通道 (Read Response Channel) 來(lái)發(fā)射

AXI4 接口要求

在 AXI4 規(guī)格中記錄了部分要求。

最值得注意的是：

斷言 VALID (AxVALID/xVALID) 信號(hào)時(shí)，它必須保持處于已斷言狀態(tài)直至從設(shè)備發(fā)出 AxREADY/xREADY 斷言后出現(xiàn)上升時(shí)鐘沿為止。

發(fā)送信息的 AXI 接口的 VALID 信號(hào)不得從屬于接收該信息的 AXI 接口的 READY 信號(hào)。

但是，READY 信號(hào)的狀態(tài)可從屬于 VALID 信號(hào)

寫響應(yīng)必須始終位于所屬的寫入傳輸事務(wù)中最后一次寫入傳輸之后

讀數(shù)據(jù)必須始終位于數(shù)據(jù)相關(guān)的地址之后

從設(shè)備必須等待發(fā)出 ARVALID 和 ARREADY 斷言后，才能發(fā)出 RVALID 斷言以指示該有效數(shù)據(jù)可用