AMBA_AXI3_v1.0协议中文完整翻译.pdf

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1、 AMBA AXI 协议协议 V1.0 规范规范 1 介绍介绍 本章讲述了 AXI 协议的架构，以及协议定义的基本事物。包含以下章节： 关于AXI协议 架构 基本事物 附加特征 1.1 关于关于 AXI 协议协议 AMBA AXI 协议的目标是高性能、高频的系统设计，其包含了包含了若干特性，使其能够适应一个高速的亚微互 联。 最新的 AMBA 接口的目标是： 适合高带宽和低延迟的设计 提供高频操作，无需使用复杂的桥 满足各种组件的接口要求 适合具有高初始延迟的存储控制器 为互连架构实现提供灵活性 向后兼容现有 AHB 和 APB 接口 AXI 协议的关键特征有： 分离的地址/控制和数据相位 使

2、用字节选通的方式实现非对齐传输 采用基于突发的传输，主机只提供起始地址 分离的读写数据通道，提供低成本的 DMA 访问 支持发送多个 outstanding 地址(注：outstanding 是指，地址和数据传输并没有严格的先后要求，即在处理两 个不同的 transaction 时可以不必等待一个 transaction 处理完之后再处理另一个，大大提高系统处理效率) 支持乱序(out-of-order transaction)传输(注：out-of-order 是指，数据传输时可以根据不同 ID 而对顺序没有要 求，但是相同 ID 的 transaction 必须按顺序传输。所以重要的是通过

3、 ID 来区分，而 outstanding 则与 ID 无关) 易于通过添加寄存器达到时序收敛 AXI 协议包含了可选的扩展，该扩展覆盖了用于低功耗操作的信号。 1.2 架构架构 AXI 协议是基于突发的。每个事物在地址通道上都具有地址和控制信息，来描述要传输的数据特性。在主机和从 机之间传输的数据，使用一个到从机的写数据通道，或一个到主机的读地址通道。在写事物中，所有数据流是从主机 到从机的，AXI 协议有一个附加的写响应通道，可以让从机通知主机写事物完成。 AXI 协议允许： 允许在实际数据传输之前发送地址信息 支持多个 outstanding 传输 支持乱序(out-of-order)传

4、输 图 A1-1 展示了一个读传输是如何使用读地址和读数据通道的。 读地址通道 读数据通道 图图 1-1 读通道结构读通道结构 图 1-2 展示了展示了一个写传输是如何使用写地址、写数据以及写响应通道的。 图图 1-2 写通道结构写通道结构 1.2.1 通道定义通道定义 每个独立的通道都包含一组信号，并使用一个双向的 VALID 和 READY 握手机制。 源设备使用 VALID 信号来表示通道上的地址、数据或控制信息何时有效。目的设备使用 READY 信号来表示其何 时可以接收信息。读数据通道和写数据通道都包含一个 LAST 信号来表示一个事物中最后一个数据项的传输何时发生。 读和写地址通道

5、读和写地址通道 读和写事物都各自有自己的地址通道。地址通道用于传送一次传输所需的所有地址和控制信息。AXI 协议支持以 下机制： 长度可变的突发，每个突发中的数据传输个数可以从 1 到 16 个 突发中一个传输的大小可以是 8-1024 bits 回环，增量或固定长度突发 主机 接口 从机 接口 地址和 控制 读数据 读数据 读数据 读数据 主机 接口 从机 接口 地址和控制 写数据 写数据 写数据 写数据 写响应 写地址通道 写数据通道 写响应通道 使用独占或锁定访问的原子操作 系统级高速缓存和缓存控制 安全和特权访问 读数据通道读数据通道 读数据通道用于从从机向主机返回读数据和任何读响应信

6、息。读数据通道包含： 数据总线，宽度可以是 8，16，32，64，128，256，512 或 1024 bits 一个表示读事物完成状态的读响应信号 写数据通道写数据通道 写数据通道用于从主机向从机传输写数据，包括： 数据总线，宽度可以是 8，16，32，64，128，256，512 或 1024 bits 每 8 bits 数据一个字节选通信号，用来表示数据的哪个字节有效 写数据通道的信息通常是被缓存的，以便主机在没有得到从机前一次写事物确认的情况下可以执行新的写事物。 写响应通道写响应通道 从机使用写响应通道来响应写传输。所有写传输都要求在写响应通道上返回完成信号。 对每个突发，完成信号只

7、产生一次，而不是突发中每个单个的数据传输都回产生一次完成信号。 1.2.2 接口和互联接口和互联 一个典型的系统由通过某种互联方式连接到一起的若干个主机和从机组成，如图 1-3 所示。 图图 1-3 接口和互联接口和互联 AXI 协议提供了一个单一的接口定义来描述接口： 在主机和 interconnect 之间 在从机和 interconnect 之间 在主机和从机之间 该接口的定义支持多种不同 interconnect 的开发。 设备之间的 interconnect 等效于具有对称的主机和从机端口的一种设备，这种设备可以用来连接真实的主机和从 机设备。 大多数系统使用以下三种中的一种 int

8、erconnect 拓扑： 共用地址和数据总线 共用地址总线和多个数据总线 具有多个地址和数据总线的多层结构 在大多数系统中，地址通道的带宽要求小于数据通道。这种系统通过多个数据总线共用一个地址总线以便可进行 并行数据传输，以此，可以在系统的性能和 interconnect 复杂性之间达到很好的平衡。 1.2.3 寄存器片寄存器片 每个 AXI 通道只在一个方向上传送信息，并且在各种通道之间不要求有固定的关系。这点很重要，因为这可以在 任何通道中插入一个寄存器片。这使得在延迟周期和操作的最大频率之间权衡变得可能。 也可以在一个给定互联中的几乎任何点上使用一个寄存器片。这有利于处理器和高性能 m

9、emory 之间直接、快速 的连接，但是使用简单的 register slice 可以分离较长的路径 给低性能外设 1.3 基本事物基本事物 本章节给出了基本的 AXI 协议事物的例子。每个例子展示了 VALID 和 READY 握手机制。地址信息和数据的传输都 发生在当 VALID 和 READY 信号都为高时。提供的例子如下： 读突发例子 重叠的读突发例子 写突发例子 本章节也描述了 事物排序。 1.3.1 读突发例子读突发例子 图 1-4 展示了有 4 个传输的一个读突发的例子。在这个例子中，主机驱动地址，从机在一个周期后接收地址。 注意注意： 主机也会驱动一组控制信号来标示突发长度和类

10、型，但为了简化，该图中省略了这些信号。 在地址出现在地址总线上之后，读数据通道上发生数据传输。从机保持 VALID 信号为低，直到读数据有效。在突 发中最后一个数据传输，从机断言 RLAST 信号来表示最后一个数据项已被传输。 图图 1-4 读突发读突发 1.3.2 重叠的读突发例子重叠的读突发例子 图 1-5 展示了从机在接收完第一个地址之后，主机怎样可以驱动另外一个地址。这可以使从机在完成第一突发的 同时，并行地处理第二个突发中的数据。 图图 1-5 重叠的读突发重叠的读突发 1.3.3 写突发例子写突发例子 图 1-6 展示了一个写突发。当主机在写地址通道上发送了一个地址和控制信息时，突

11、发过程开始。之后，主机通 过写数据通道发送每个写数据。当主机发送最后一个数据时，WLAST 信号拉高。当从机接收完所有的数据之后，会驱 动一个写响应给主机来表示写事物完成。 图图 1-6 写突发写突发 1.3.4 事物排序事物排序 AXI 协议允许完成乱序事物。每个通过接口的事物都会给出一个 ID tag。协议要求相同 ID tag 的事物要按顺序完成， 但是不同 ID tags 的事物可以乱序完成。 乱序事物可以以两种方式来提高系统的性能： 互联可以允许后发送的、被快速响应从机接收的事物，先于先前发送给较慢从机的事物完成。 复杂的从机可以乱序返回读数据。例如，在先访问的数据准备好之前，一个后

12、访问的数据项可能已经可以在 一个内部缓存中得到了 如果一个主机要求事物按照其被发送的顺序来完成，则这些事物必须具有相同的 ID tag。但是，如果主机不要求 按顺序完成事物，则主机可以使用不同的 ID tags 来发送事物，并允许事物按任何顺序完成。 在一个多主机的系统中，互联负责将额外信息附加到 ID tag，以保证来自所有主机的 ID tags 都是唯一的。ID tag 类似于一个主机号，但被扩展了每个主机可以通过提供一个 ID tag 来表示虚拟主机号，以此来在同一个端口中实 现多个虚拟主机。 尽管复杂的设备可以使用乱序组件，而简单的设备不要求使用。简单的主机可以用相同的 ID tag

13、来发送每个事物， 简单的从机可以按顺序响应每个事物，而不用考虑 ID tag。 1.4 附加特征附加特征 AXI 协议也支持以下附加的特征： 突发类型突发类型 AXI 协议支持三种突发类型，适用于： 正常 memory 访问 回环高速缓存线(wrapping cache line)突发 访问外设 FIFO 位置的流数据 参见第 4 章地址选项。 系统高速缓存支持系统高速缓存支持(System cache support) AXI 协议的高速缓存支持信号允许一个主机向系统级高速缓存提供一个事物的可缓存、可高速缓存，以及可分配 的属性。 参见高速缓存支持。 保护单元支持保护单元支持 为了允许特权和

14、安全访问，AXI 协议提供了三种级别的保护单元支持。 参见保护单元支持。 原子操作原子操作 AXI 协议为独占访问和锁定访问定义了一种机制。 参见第 6 章原子访问。 错误支持错误支持 AXI 协议为地址解码错误和从机产生的错误提供了错误支持。 参见第 7 章响应信号。 非对齐地址非对齐地址 为了增强一个突发中初始访问的性能，AXI 协议支持非对齐的突发起始地址。 参见第 10 章非对齐传输。 2 信号描述信号描述 本章定义了 AXI 的信号。尽管总线宽度和事物 ID 宽度是开发确定的，但本章的表中展示了一个 32-bit 数据总线， 一个 4-bit 写数据选通，以及 4-bit 的 ID

15、字段。本章包含以下章节： 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 2.1 全局信号全局信号 表 2-1 列出了全局的 AXI 信号。 表表 2-1 全局信号全局信号 信号信号 源源 描述描述 ACLK 时钟源 全局时钟信号。所有信号都在全局时钟的上升沿采样。 ARESETn Reset 源 全局复位信号，低有效，参见 A3-Reset 2.2 写地址通道信号写地址通道信号 表 2-2 列出了 AXI 写地址通道信号。 表表 2-2 写地址通道信号写地址通道信号 信号信号 源源 描述描述 AWID3:0 主机 写地址 ID。该信号

16、为写地址组信号的 ID tag。 AWADDR31:0 主机 写地址。在一个写突发事物中，写地址总线给出了第一个传输的地址。相应 的控制信号用来决定突发中剩余传输的地址。 AWLEN3:0 主机 突发长度。突发长度给出了一个突发中准确的传输个数。该信息决定了与地 址相对应的数据传送次数。参见表 4-1。 AWSIZE2:0 主机 突发大小。该信号表示突发中每个传输的大小。字节选通表示更新哪个字节 通道。参见表 4-2。 AWBURST1:0 主机 突发类型。突发类型和突发大小决定了突发中每个传输的地址是怎么计算 的。参见表 4-3。 AWLOCK1:0 主机 锁定类型。该信号为传输的原子特性提供了附加的信息