AXIIntroduction

ICD/SIDBobQin(覃海洋)2015/12/311精選課件Topic1WhatistheAXI?2精選課件AXI介紹AXI（AdvancedeXtensibleInterface）是一種總線協議，該協議是ARM公司提出的AMBA3.0(AHB是在2.0中提出)協議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內總線.3精選課件AXI特點1.它的地址/控制和數據相位是Sperated2.支持Unaligned的數據傳輸3.同時在Burst傳輸中，只需要首地址4.單向通道體系結構提高傳輸效率4.同時分離的讀、寫數據通道5.并支持outstanding傳輸訪問和Outoforder訪問4精選課件Topic2WhatconstitutestheAXI?5精選課件AXI通道組成部分Readaddresschannel添加描述WriteaddresschannelReaddatachannelWritedatachannelWriteresponsechannel每一個AXI傳輸通道都是單方向的6精選課件Readtransactionstructure2Channels7精選課件Writetransactionstructure3Channels8精選課件Handshakemechanism英文敘述并強調傳輸地址信息和數據都是在VALID和READY同時為高時有效9精選課件AXI信號（1）信號源描述ACLKClocksource全局時鐘信號ARESETnResetsource全局復位信號，低電平有效GlobalSignal:10精選課件AXI信號（2）Writeaddresschannel:

信號源描述AWID[3:0]主機寫地址ID，這個信號是寫地址信號組的IDtag。AWADDR[31:0]主機寫地址。AWLEN[3:0]主機突發式寫的長度。此長度決定突發式寫所傳輸的數據的個數。AWSIZE[2:0]主機突發式寫的大小。AWBURST[1:0]主機突發式寫的類型。AWLOCK[1:0]主機鎖類型。AWCACHE[3:0]主機Cache類型。這信號指明事務的bufferable、cacheable、write-through、write-back、allocateattributes信息。AWPROT[2:0]主機保護類型。AWVALID主機寫地址有效。1=地址和控制信息有效0=地址和控制信息無效這個信號會一直保持，直到AWREADY變為高。AWREADY設備寫地址準備好。這個信號用來指明設備已經準備好接受地址和控制信息了。1=設備準備好0=設備沒準備好11精選課件AXI信號（3）Writedatachannel:信號源描述WID[3:0]主機寫IDtag，WID的值必須與AWID的值匹配WDATA[31:0]主機寫的數據。WSTRB[3:0]主機寫閥門。WSTRB[n]標示的區間為WDATA[(8*n)+7:(8*n)]

WLAST主機寫的最后一個數據。WVALID主機寫有效1=寫數據和閥門有效0=寫數據和閥門無效WREADY設備寫就緒。指明設備已經準備好接受數據了1=設備就緒0=設備未就緒12精選課件AXI信號（4）Writeresponsechannel:信號源描述BID[3:0]設備響應ID，這個數值必須與AWID的數值匹配。BRESP[1:0]設備寫響應。這個信號指明寫事務的狀態。可能有的響應：OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。BVALID設備寫響應有效。1=寫響應有效0=寫響應無效BREADY主機接受響應就緒。該信號表示主機已經能夠接受響應信息。1=主機就緒0=主機未就緒13精選課件AXI信號（5）Readaddresschannel:信號源描述ARID[3:0]主機讀地址ID。ARADDR[31:0]主機讀地址。ARLEN[3:0]主機突發式讀長度。ARSIZE[2:0]主機突發式讀大小。ARBURST[1:0]主機突發式讀類型。ARLOCK[1:0]主機鎖類型。ARCACHE[3:0]主機Cache類型。ARPROT[2:0]主機保護類型。ARVALID主機讀地址有效。信號一直保持，直到ARREADY為高。1=地址和控制信息有效0=地址和控制信息無效ARREADY設備讀地址就緒。指明設備已經準備好接受數據了。1=設備就緒0=設備未就緒14精選課件AXI信號（6）Readdatachannel:信號源描述RID[3:0]設備讀IDtag。RID的數值必須與ARID的數值匹配。RDATA[31:0]設備讀數據。RRESP[1:0]設備讀響應。這個信號指明讀傳輸的狀態：OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。RLAST設備讀事務傳送的最后一個數據。RVALID設備讀數據有效。1=讀數據有效。0=讀數據無效。RREADY主機讀數據就緒。1=主機就緒0=主機未就緒15精選課件AXI信號（7）Lowpowerinterface:信號源描述CSYSREQCLOCKcontroller系統低功耗請求。此信號來自系統時鐘控制器，使外圍設備進入低功耗狀態。CSYSACK外圍設備低功耗請求應答。CACTIVE外圍設備Clockactive1=外圍設備時鐘請求0=外圍設備時鐘無請求16精選課件Topic3HowcanyoumakeatransferonAXI?17精選課件BasicAXI

transferReadburst:18精選課件BasicAXI

transferOverlappingreadburst:19精選課件BasicAXI

transferWriteburst:20精選課件BasicAXI

transferAXI協議支持亂序傳輸。他給每一個通過接口的事務一個IDtag。協議要求相同IDtag的事務必須有序完成，而不同IDtag可以亂序完成21精選課件Topic4Somethingabouthandshakemechanism,VALIDandREADYareimportant.22精選課件VALID先變高READY后變高在箭頭處信息傳輸發生。23精選課件READY先變高VALID后變高同樣在箭頭處信息傳輸發生。24精選課件VALID和READY信號同時變高在這種情況下，信息傳輸立馬發生，如圖箭頭處指明信息傳輸發生25精選課件RelationshipamongchannelsReadtransaction:1、設備可以在ARVALID出現的時候在給出ARREADY信號，也可以先給出ARREADY信號，再等待ARVALID信號。2、但是設備必須等待ARVALID和ARREADY信號都有效才能給出RVALID信號，開始數據傳輸。26精選課件RelationshipamongchannelsWritetransaction:1、主機必須不能夠等待設備先給出AWREADY或WREADY信號信號后再給出信號AWVALID或WVLAID。2、設備可以等待信號AWVALID或WVALID信號有效或者兩個都有效之后再給出AWREADY信號。3、設備可以等待AWVALID或WVALID信號有效或者兩個信號都有效之后再給出WREADY信號。27精選課件Attention:地址、讀、寫和寫響應通道之間的關系是靈活的。例如，寫數據可以出現在接口上早于與其相關聯的寫地址。也有可能寫數據與寫地址在一個周期中出現。

兩種關系必須被保持：（1）讀數據必須總是跟在與其數據相關聯的地址之后。（2）寫響應必須總是跟在與其相關聯的寫事務的最后出現。28精選課件Topic5Somethingaboutbursttransaction.29精選課件Attention:1、突發式讀寫的地址必須以4KB對齊。2、信號AWLEN或信號ARLEN指定每一次突發式讀寫所傳輸的數據的個數。3、ARSIZE信號或AWSIZE信號指定每一個時鐘節拍所傳輸的數據的最大位數；需要注意的是任何傳輸的SIZE都不能超過數據總線的寬度。4、AXI協議定義了三種突發式讀寫的類型：固定式的突發讀寫、增值式突發讀寫、包裝式突發讀寫。用信號ARBURST或AWBURST來選擇突發式讀寫的類型30精選課件Burst方式1、固定式突發讀寫是指地址是固定的，每一次傳輸的地址都不變。這樣的突發式讀寫是重復的對一個相同的位置進行存取。例如FIFO。2、增值式突發讀寫是指每一次讀寫的地址都比上一次的地址增加一個固定的值。包裝式突發讀寫跟增值式突發讀寫類似。包裝式突發讀寫的地址是包數據的低地址當到達一個包邊界。3、包裝式突發讀寫有兩個限制：1起始地址必須以傳輸的size對齊。2突發式讀寫的長度必須是2、4、8或者1631精選課件地址計算公式Start_Address主機發送的起始地址Number_Bytes每一次數據傳輸所能傳輸的數據byte的最大數量Data_Bus_Bytes數據總線上面bytelanes的數量Aligned_Address對齊版本的起始地址Burst_Length一次突發式讀寫所傳輸的數據的個數Address_N每一次突發式讀寫所傳輸的地址數量，范圍是2-16Wrap_Boundary包裝式突發讀寫的最低地址Lower_Byte_Lane傳輸的最低地址的bytelaneUpper_Byte_Lane傳輸的最高地址的bytelaneINT(x)對x進行向下取整下面是計算公式：Start_Address=ADDRNumber_Bytes=2SIZEBurst_Length=LEN+1Aligned_Address=(INT(Start_Address/Number_Bytes))xNumber_BytesAddress_1=Start_AddressAddress_N=Aligned_Address+(N–1)xNumber_BytesWrap_Boundary=(INT(Start_Address/(Number_BytesxBurst_Length)))x(Number_BytesxBurst_Length)如果有Address_N=Wrap_Boundary+(Number_BytesxBurst_Length)，則后面的公式成立Address_N=Wrap_Boundary。第一次突發式讀寫：

Lower_Byte_Lane=Start_Address-(INT(Start_Address/Data_Bus_Bytes))xData_Bus_BytesUpper_Byte_Lane=Aligned_Address+(Number_Bytes-1)-(INT(Start_Address/Data_Bus_Bytes))xData_Bus_Bytes除了第一次讀寫之后的讀寫：Lower_Byte_Lane=Address_N–(INT(Address_N/Data_Bus_Bytes))xData_Bus_BytesUpper_Byte_Lane=Lower_Byte_Lane+Number_Bytes–1DATA[(8xUpper_Byte_Lane)+7:(8xLower_Byte_Lane)]。32精選課件Topic6ExclusivetransactionandLockedtransactionandsoon…33精選課件ARCACHE[3:0]和AWCACHE[3:0]在一些情況下，信號AWACAHE可以用來確定哪個部件來提供寫響應。如果寫事務被指定為bufferable，那么他接受來自橋或者系統級的cache提供的寫響應。如果事務被指定為non-bufferable，那么寫響應必須有最終目的源提供。34精選課件AWPROT和ARPROT正常存取或者特權存取，ARPROT[0]和AWPROT[0]安全性存取或者沒有安全性存取，ARPROT[1]和AWPROT[1]指令存取或者數據存取ARPROT[2]和AWPROT[2]35精選課件ARLOCK[1:0]和信號AWLOCK[1:0]1、我們通過信號ARLOCK[1:0]或AWLOCK[1:0]來選擇獨占式存取，用信號RRESP[1:0]或BRESP[1:0]來指明獨占式存取的成功與否。2、主機在請求獨占式存取時，設備會返回兩個響應分別是EXOKAY和OKAY。EXOKAY是指設備支持獨占式存取，而OKAY是指設備不支持獨占式存取。、3、如果一個設備不支持獨占式存取，可以忽略信號ARLOCK[1:0]和AWLOCK[1:0]。他必須提供OKAY響應對正常式存取和獨占式存取。如果一個設備要支持獨占式存取則必須有硬件監視器。4、通過信號ARLOCK[1:0]或信號AWLOCK[1:0]對事務加鎖，需要確定只允許主機存取設備區域直到一個未加鎖的事務從同一個主機完成。此處推薦鎖存取只用來支持legacydevices。5、推薦遵循下面兩天建議，但是不強制：（1）保持所有鎖事務序列都在相同的4KB地址區域內。（2）限制用瑣事務序列對兩個事務加鎖。36精選課件RRESP[1:0]和BRESP[1:0]responseAXI協議對讀事務和寫事務都有響應。對于讀事務，讀響應與讀數據一起發送給主機，而寫事務將寫響應通過寫響應通道傳送。AXI協議的響應類型有OKAY、EXOKAY、SLVERR、DECERR。通過信號RRESP[1:0]和BRESP[1:0]來編碼響應信號，具體如下圖：協議規定請求的需要傳輸的數據數量必須被執行，即使有錯誤報告。在一次突發式讀寫的剩余數據不會被取消傳輸，即使有單個錯誤報告。AXI協議的四種響應類型：正常存取成功、獨占式存取、設備錯誤、譯碼錯誤。AXI協議要求，在一個傳輸事務中的所有數據必須傳輸完成，即使有錯誤狀態發生。37精選課件Topic7Howtomakeaout-of-ordertransaction?38精選課件out-of-ordertransaction（1）本章描述AXI協議用事務IDtags來處理多地址和亂序傳輸。1、下面介紹5中事務IDs：AWID這個IDtag是寫地址群組信號。WID這個是寫IDtag在寫事務中，與寫數據在一起，主機傳送一個WID去匹配與地址相一致的AWID。BID這個IDtag是寫響應事務中。設備會傳送BID去匹配與AWID和WID相一致的事務。ARID這個IDtag是讀地址群組信號。RID這個IDtag是在讀事務中。設備傳送RID去匹配與ARID相一致的事務。2、主機可以使用一個事務的ARID或者AWID段提供的附加信息排序主機的需要。事務序列規則如下：（1）從不同主機傳輸的事務沒有先后順序限制。他們可以以任意順序完成。（2）從同一個主機傳輸的不同ID事務，也沒有先后順序限制。他們可以以任意順序完成。39精選課件out-of-ordertransaction（2）（3）相同數值的AWID寫事務數據序列必須按照順序依次寫入主機發送的地址內。（4）相同數值的ARID讀事務數據序列必須遵循下面的順序：a.當從相同設備讀相同的ARID時，設備必須確保讀數據按照相同的地址順序接受。b.當從不同的設備讀相同的ARID時，接口處必須確保讀數據按照主機發送的相同的地址順序。（5）在相同的AWID和ARID的讀事務和寫事務之間沒有先后順序限制。如果主機要求有順序限制，那么必須確保第一次事務完全完成后才開始執行第二個事務。3、當一個主機接口與interconnect相連時，interconnect會在信號ARID、AWID、WID段添加一位，每一個主機端口都是獨一無二的。這樣做有兩個影響：(1)主機不需要去知道其他主機的ID數值，因為interconnect是ID值是唯一的，當將主機number添加到段中。(2)在設備接口處的ID段的寬度要比主機接口處的ID段寬。對于讀數據，interconnect附加一位到RID段中，用來判斷哪個主機端口讀取數據。Interconnect會移除RID段中的這一位在將RID的值送往正確的主機端口之前。40精選課件Topic8Enteringthepower-downmodel41精選課件低功耗模式