AMBAAXI总线详解

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1、AXI总线合同资料整顿第一部分：1、 AXI简介：AXI（Advanced eXtensible Interface）是一种总线合同，该合同是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0合同中最重要的部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传播，同步在突发传播中，只需要首地址，同步分离的读写数据通道、并支持明显传播访问和乱序访问，并更加容易就行时序收敛。AXI 是AMBA 中一种新的高性能合同。AXI 技术丰富了既有的AMBA 原则内容，满足超高性能和复杂的片上系

2、统（SoC）设计的需求。2、 AXI 特点： 单向通道体系构造。信息流只以单方向传播，简化时钟域间的桥接，减少门数量。当信号通过复杂的片上系统时，减少延时。 支持多项数据互换。通过并行执行猝发操作，极大地提高了数据吞吐能力，可在更短的时间内完毕任务，在满足高性能规定的同步，又减少了功耗。 独立的地址和数据通道。地址和数据通道分开，能对每一种通道进行单独优化，可以根据需要控制时序通道，将时钟频率提到最高，并将延时降到最低。 第二部分：本部分对AXI1.0合同的各章进行整顿。第一章 本章重要简介AXI合同和AXI合同定义的基本领务。1、 AXI总线共有5个通道分别是read address cha

3、nnel 、 write address channel 、 read data channel 、 write data channel、 write response channel。每一种AXI传播通道都是单方向的。2、 每一种事务均有地址和控制信息在地址通道（address channel）中，用来描述被传播数据的性质。3、 读事务的构造图如下： 4、 写事务的构造图如下：5、 这5条独立的通道都涉及一种信息信号和一种双路的VALD、READY握手机制。6、 信息源通过VALID信号来批示通道中的数据和控制信息什么时候有效。目地源用READY信号来表达何时可以接受数据。读数据和写数据通

4、道都涉及一种LAST信号，用来指明一种事物传播的最后一种数据。7、 读和写事务均有她们自己的地址通道，这地址通道携带着传播事务所必须的地址和信息。8、 读数据通道传送着从设备到主机的读数据和读响应信息。读响应信息指明读事务的完毕状态。9、 写数据通路传送着主机向设备的写数据。每八个数据都会有一种byte lane ，用来指明数据总线上面的哪些byte有效。写响应通道提供了设备响应写事务的一种方式。这完毕信号每一次突发式读写会产生一种。10、 主机和设备的接口和互联图如下：11、 传播地址信息和数据都是在VALID和READY同步为高时有效。12、 突发式读的时序图如下：本地址出目前地址总线后，

5、传播的数据将出目前读数据通道上。设备保持VALID为低直到读数据有效。为了表白一次突发式读写的完毕，设备用RLAST信号来表达最后一种被传播的数据。13、 重叠突发式读时序图如下：设备会在第一次突发式读完毕后解决第二次突发式读数据。也就意味着，主机一开始传送了两个地址给设备。设备在完全解决完第一种地址的数据之后才开始解决第二个地址的数据。14、 突发式写时序图如下：这一过程的开始时，主机发送地址和控制信息到写地址通道中，然后主机发送每一种写数据到写数据通道中。当主机发送最后一种数据时，WLAST信号就变为高。当设备接受完所有数据之后她将一种写响应发送回主机来表白写事务完毕。15、 AXI合同支

6、持乱序传播。她给每一种通过接口的事务一种IDtag。合同规定相似ID tag的事务必须有序完毕，而不同ID tag可以乱序完毕。第二章 本章重要简介某些信号描述，其中涉及全局信号、写地址通道信号、写数据通道信号、写响应通道信号、读地址通道信号、读数据通道信号、低功耗接口信号。本章的所有表都是以32位的数据总线、4位的写数据闸门、4位的ID段。1、 全局信号信号源描述ACLKClock source全局时钟信号ARESETnReset source全局复位信号，低电平有效2、 写地址通道信号 信号源描述AWID3:0主机写地址ID，这个信号是写地址信号组的ID tag。AWADDR31:0主机写

7、地址。AWLEN3:0主机突发式写的长度。此长度决定突发式写所传播的数据的个数。AWSIZE2:0主机突发式写的大小。AWBURST1:0 主机突发式写的类型。AWLOCK1:0主机锁类型。AWCACHE3:0主机Cache类型。这信号指明事务的bufferable、cacheable、write-through、write-back、allocate attributes信息。AWPROT2:0主机保护类型。AWVALID主机写地址有效。1 = 地址和控制信息有效0 = 地址和控制信息无效这个信号会始终保持，直到AWREADY变为高。AWREADY设备写地址准备好。这个信号用来指明设备已经准

8、备好接受地址和控制信息了。1 = 设备准备好0 = 设备没准备好3、 写数据通道信号信号源描述WID3:0主机写ID tag，WID的值必须与AWID的值匹配WDATA31:0主机写的数据。WSTRB3:0主机写阀门。WSTRBn标示的区间为WDATA(8*n)+7:(8*n)WLAST主机写的最后一种数据。WVALID主机写有效1 = 写数据和阀门有效0 = 写数据和阀门无效WREADY设备写就绪。指明设备已经准备好接受数据了1 = 设备就绪0 = 设备未就绪4、 写响应通道信号信号源描述BID3:0设备响应ID ， 这个数值必须与AWID的数值匹配。BRESP1:0设备写响应。这个信号指明

9、写事务的状态。也许有的响应：OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。BVALID设备写响应有效。1 = 写响应有效0 = 写响应无效BREADY主机接受响应就绪。该信号表达主机已经可以接受响应信息。1 = 主机就绪0 = 主机未就绪5、读地址通道信号信号源描述ARID3:0主机读地址ID。ARADDR31:0主机读地址。ARLEN3:0主机突发式读长度。ARSIZE2:0主机突发式读大小。ARBURST1:0主机突发式读类型。ARLOCK1:0主机锁类型。ARCACHE3:0主机Cache类型。ARPROT2:0主机保护类型。ARVALID主机读地址有效。信号始终保持，直到ARRE

10、ADY为高。1 = 地址和控制信息有效0 = 地址和控制信息无效ARREADY设备读地址就绪。指明设备已经准备好接受数据了。1 = 设备就绪0 = 设备未就绪6、 读数据通道信号信号源描述RID3:0设备读ID tag。RID的数值必须与ARID的数值匹配。RDATA31:0设备读数据。RRESP1:0设备读响应。这个信号指明读传播的状态：OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。RLAST设备读事务传送的最后一种数据。RVALID设备读数据有效。1 = 读数据有效。0 = 读数据无效。 RREADY主机读数据就绪。1 = 主机就绪0 = 主机未就绪7、 低功耗接口信号信号源描述CS

11、YSREQCLOCK controller系统低功耗祈求。此信号来自系统时钟控制器，使外围设备进入低功耗状态。CSYSACK外围设备低功耗祈求应答。CACTIVE外围设备Clock active 1 = 外围设备时钟祈求0 = 外围设备时钟无祈求第三章 本章简介主机/设备之间的握手过程以及READY和VALD握手信号的关系以及默认值。1、 所有5个通道使用相似的VALID/READY握手机制传播数据及控制信息。传播源产生VLAID信号来指明何时数据或控制信息有效。而目地源产生READY信号来指明已经准备好接受数据或控制信息。传播发生在VALID和READY信号同步为高的时候。VALID和REA

12、DY信号的浮既有三种关系。（1） VALID先变高READY后变高。时序图如下：在箭头处信息传播发生。（2） READY先变高VALID后变高。时序图如下：同样在箭头处信息传播发生。（3） VALID和READY信号同步变高。时序图如下：在这种状况下，信息传播立马发生，如图箭头处指明信息传播发生。2、 通道之间的关系 地址、读、写和写响应通道之间的关系是灵活的。 例如，写数据可以出目前接口上早于与其有关联的写地址。也有也许写数据与写地址在一种周期中浮现。 两种关系必须被保持： （1）读数据必须总是跟在与其数据有关联的地址之后。 （2）写响应必须总是跟在与其有关联的写事务的最后浮现。3、 通道握

13、手信号之间的依赖性 读事务握手依赖关系如图：（1） 设备可以在ARVALID浮现的时候在给出ARREADY信号，也可以先给出ARREADY信号，再等待ARVALID信号。（2） 但是设备必须等待ARVALID和ARREADY信号均有效才干给出RVALID信号，开始数据传播。写事务握手依赖关系如图：（1） 主机必须不可以等待设备先给出AWREADY或WREADY信号信号后再给出信号AWVALID或WVLAID。（2） 设备可以等待信号AWVALID或WVALID信号有效或者两个均有效之后再给出AWREADY信号。（3） 设备可以等待AWVALID或WVALID信号有效或者两个信号均有效之后再给出

14、WREADY信号。第四章 本章重要简介AXI突发式读写的类型和在一次突发式读写事务内如何计算地址和byte lanes。1、 突发式读写的地址必须以4KB对齐。2、 信号AWLEN或信号ARLEN指定每一次突发式读写所传播的数据的个数。具体信息如下图：3、 ARSIZE信号或AWSIZE信号指定每一种时钟节拍所传播的数据的最大位数。具体信息如下图： 需要注意的是任何传播的SIZE都不能超过数据总线的宽度。4、 AXI合同定义了三种突发式读写的类型：固定式的突发读写、增值式突发读写、包装式突发读写。用信号ARBURST或AWBURST来选择突发式读写的类型。具体信息如下图：（1） 固定式突发读写

15、是指地址是固定的，每一次传播的地址都不变。这样的突发式读写是反复的对一种相似的位置进行存取。例如FIFO。（2） 增值式突发读写是指每一次读写的地址都比上一次的地址增长一种固定的值。（3） 包装式突发读写跟增值式突发读写类似。包装式突发读写的地址是包数据的低地址当达到一种包边界。包装式突发读写有两个限制：起始地址必须以传播的size对齐。突发式读写的长度必须是2、4、8或者16。5、 有关某些地址的计算公式。Start_Address 主机发送的起始地址Number_Bytes 每一次数据传播所能传播的数据byte的最大数量Data_Bus_Bytes 数据总线上面byte lanes的数量A

16、ligned_Address 对齐版本的起始地址Burst_Length 一次突发式读写所传播的数据的个数Address_N 每一次突发式读写所传播的地址数量，范畴是2-16Wrap_Boundary 包装式突发读写的最低地址Lower_Byte_Lane 传播的最低地址的byte laneUpper_Byte_Lane 传播的最高地址的byte laneINT(x) 对x进行向下取整下面是计算公式：Start_Address = ADDRNumber_Bytes = 2SIZEBurst_Length = LEN + 1Aligned_Address = (INT(Start_Address

17、 / Number_Bytes) ) x Number_BytesAddress_1 = Start_AddressAddress_N = Aligned_Address + (N 1) x Number_BytesWrap_Boundary = (INT(Start_Address / (Number_Bytes x Burst_Length)x (Number_Bytes x Burst_Length)如果有Address_N = Wrap_Boundary + (Number_Bytes x Burst_Length)，则背面的公式成立Address_N = Wrap_Boundary。

18、第一次突发式读写：Lower_Byte_Lane = Start_Address - (INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes)x Data_Bus_BytesUpper_Byte_Lane = Aligned_Address + (Number_Bytes - 1) -(INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes) x Data_Bus_Bytes除了第一次读写之后的读写：Lower_Byte_Lane = Address_N (INT(Address_N / Data_Bus_Bytes)x Data_Bus_BytesUpper_B

19、yte_Lane = Lower_Byte_Lane + Number_Bytes 1DATA(8 x Upper_Byte_Lane) + 7 : (8 x Lower_Byte_Lane)。第五章 本章描述了AXI合同支持的系统级的Cache和保护单元。1、 ARCACHE3:0和AWCACHE3:0的编码如下图： 在某些状况下，信号AWACAHE可以用来拟定哪个部件来提供写响应。如果写事务被指定为bufferable ，那么她接受来自桥或者系统级的cache提供的写响应。如果事务被指定为non-bufferable，那么写响应必须有最后目的源提供。2、 AWPROT或者ARPROT信号提

20、供三种级别的存取保护：（1） 正常存取或者特权存取， ARPROT0 和 AWPROT0（2） 安全性存取或者没有安全性存取， ARPROT1 和 AWPROT1（3） 指令存取或者数据存取 ARPROT2 和 AWPROT2信号ARPROT2:0 和 信号AWPROT2:0的编码如下图：第六章 本章描述了AXI合同工具的独占式存取和锁存取机制。1、 当对自动存取时能之后，可以通过信号ARLOCK1:0或信号AWLOCK1:0来配备独占式存取和锁存取。编码如下图： 我们通过信号ARLOCK1:0或AWLOCK1:0来选择独占式存取，用信号RRESP1:0或BRESP1:0来指明独占式存取的成功

21、与否。2、 主机在祈求独占式存取时，设备会返回两个响应分别是EXOKAY和OKAY。EXOKAY是指设备支持独占式存取，而OKAY是指设备不支持独占式存取。、3、 如果一种设备不支持独占式存取，可以忽视信号ARLOCK1:0和AWLOCK1:0。她必须提供OKAY响应对正常式存取和独占式存取。如果一种设备要支持独占式存取则必须有硬件监视器。4、 通过信号ARLOCK1:0或信号AWLOCK1:0对事务加锁，需要拟定只容许主机存取设备区域直到一种未加锁的事务从同一种主机完毕。此处推荐锁存取只用来支持legacy devices。5、 推荐遵循下面两天建议，但是不强制：（1） 保持所有锁事务序列都

22、在相似的4KB地址区域内。（2） 限制用琐事务序列对两个事务加锁。第七章 本章描述了AXI读写事务的四个设备响应。1、 AXI合同对读事务和写事务均有响应。对于读事务，读响应与读数据一起发送给主机，而写事务将写响应通过写响应通道传送。AXI合同的响应类型有OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。2、 通过信号RRESP1:0和BRESP1:0来编码响应信号，具体如下图：合同规定祈求的需要传播的数据数量必须被执行，虽然有错误报告。在一次突发式读写的剩余数据不会被取消传播，虽然有单个错误报告。3、 AXI合同的四种响应类型：正常存取成功、独占式存取、设备错误、译码错误。AXI合同规定，

23、在一种传播事务中的所有数据必须传播完毕，虽然有错误状态发生。第八章 本章描述AXI合同用事务ID tags来解决多地址和乱序传播。1、 下面简介5中事务IDs：（1） AWID 这个ID tag是写地址群组信号。（2） WID 这个是写ID tag在写事务中，与写数据在一起，主机传送一种WID去匹配与地址相一致的AWID。（3） BID 这个ID tag是写响应事务中。设备会传送BID去匹配与AWID和WID相一致的事务。（4） ARID 这个ID tag是读地址群组信号。（5） RID 这个ID tag是在读事务中。设备传送RID去匹配与ARID相一致的事务。2、 主机可以使用一种事务的AR

24、ID或者AWID段提供的附加信息排序主机的需要。事务序列规则如下：（1） 从不同主机传播的事务没有先后顺序限制。她们可以以任意顺序完毕。（2） 从同一种主机传播的不同ID事务，也没有先后顺序限制。她们可以以任意顺序完毕。（3） 相似数值的AWID写事务数据序列必须按照顺序依次写入主机发送的地址内。（4） 相似数值的ARID读事务数据序列必须遵循下面的顺序：当从相似设备读相似的ARID时，设备必须保证读数据按照相似的地址顺序接受。当从不同的设备读相似的ARID时，接口处必须保证读数据按照主机发送的相似的地址顺序。（5） 在相似的AWID和ARID的读事务和写事务之间没有先后顺序限制。如果主机规定

25、有顺序限制，那么必须保证第一次事务完全完毕后才开始执行第二个事务。3、当一种主机接口与interconnect相连时，interconnect会在信号ARID、AWID、WID段添加一位，每一种主机端口都是独一无二的。这样做有两个影响：（1） 主机不需要去懂得其她主机的ID数值，由于interconnect是ID值是唯一的，当将主机number添加到段中。（2） 在设备接口处的ID段的宽度要比主机接口处的ID段宽。对于读数据，interconnect附加一位到RID段中，用来判断哪个主机端口读取数据。Interconnect会移除RID段中的这一位在将RID的值送往对的的主机端口之前。第九章本

26、章描述了AXI读写数据总线传播的不同大小和接口如何用字节不变endian去握手混合endian传播。1、 Narrow传播，当主机产生的数据宽度不不小于数据总线宽度时，地址和控制信息决定哪一种byte lanes为有效的数据。下面是两个应用byte lanes的例子：Example 1：Example 2：2、 下面是一种数据不变性存取需求的数据构造的例子。她涉及头信息，例如source、destination identifiers这些信息是采用little-endian格式，但是payload是big-endian 字节流，具体状况如下图：数据不变性保证在数据构造中little-endia

27、n存取头信息的部分不会破坏其她big-endian数据。第十章 本章描述AXI合同不对齐握手传播。1、 AXI合同容许主机使用低阶地址行去标示一种不对齐的起始地址在突发读写中。低阶地址行的信息必须涉及byte lane strobes信息。2、 下面是几种例子来表白数据以对齐或者不对齐的地址为起始地址，分别在32位和64位数据总线上面传播的状况。其中暗色的框表达没有传播的数据。第十一章 本章重要描述AXI时钟和复位信号的时序。1、 在复位期间，如下接口必须遵循：（1） 主机接口必须将ARVALID、AWVALID、WVALID信号置低。（2） 设备接口必须将RVALID、BVALID信号置低。

28、（3） 所有其他信号可觉得任意值。2、 主机接口必须开始将ARVALID、AWVLAID或WVALID置高仅仅在ARESETn信号变高后的ACK的第一种上升沿。具体状况如下图：第十二章 本章重要描述AXI合同在进入和离开低功耗状态期间的时钟控制接口。1、 低功耗时钟控制接口涉及下面两个信号：（1） 来自外围设备的信号，用于指明什么时候时钟使能能或者禁能。（2） 两个握手信号用于系统时钟控制器祈求退出或者进入低功耗状态。2、 时钟控制接口的一种重要信号时CACTIVE，外围设备用这个信号来指明祈求时钟使能。外围设备置CACTIVE有效去祈求时钟，系统时钟控制器必须立虽然能时钟。如果外围设备将CA

29、CTIVE置为无效，则系统时钟控制器将自己决定与否使能或者禁能外围设备时钟。3、 AXI合同提供双线 request/acknowledge 握手来支持祈求：（1） CSYSREQ 当外围设备祈求进入低功耗状态时，系统时钟控制器将CSYSREQ置低，平时CSYSREQ都是置高的。（2） CSYSACK 外围设备用CSYSACK信号作为进入低功耗状态和离开低功耗状态的应答信号。下面是CSYSREQ和CSYSACK信号之间的时序图：系统时钟控制器在T1时刻发出祈求，外围设备在T2时刻予以应答，此时进入低功耗状态。在T3时刻，CSYSREQ变高，祈求离开低功耗状态，在T4时刻得到应答，此时离开低功耗状态进入正常模式。4、 外围设备可以选择接受祈求也可以选择不接受祈求。重要通过信号CACTIVE来决定。接受祈求的状况：不接受祈求的状况：5、既可以通过系统也可以通过外围设备来退出低功耗状态。只要置信号CACTIVE和CSYSREQ这两个信号中的一种为高就可以退出低功耗模式。而系统可以通过置CSYSREQ为高来退出低功耗模式。6、 时钟控制框图如下：