FPGA——AXI4总线详解-Toy模板网

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AXI4总线

1、什么是AXI

2、AXI4协议的优势

AXI4的工作模式

AXI4读操作：

AXI4写操作

AXI4和AXI4-Lite、AXI4-Stream接口信号

握手信号

AXI相关术语

AXI4总线

1、什么是AXI

AXI（Advanced eXtensible Interface高级可扩展总线）是一种总线协议

AXI4包含3种类型的接口：

1）AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求；（突发数据）（地址映射模式）

2）AXI4-Lite：是一个轻量级的，适用于吞吐量较小的地址映射通信总线；（无突发）

（地址映射模式）

3）AXI4-Stream：面向高速流数据传输（流模式）

2、AXI4协议的优势

axi4,fpga开发

可以挂载多个master和slave ,互相交互信息

1）高效：通过标准化的AXI接口，开发者只需要学习一种IP核的通讯协议即可；

2）易用：针对具体应用提供合适的接口协议。

AXI4：面向地址映射的接口，在单地址传输的情况下最大允许256个时钟周期的数据突发长度；

AXI4-Lite：一个轻量级的地址映射单次传输接口，占用较少的资源；

AXI4-Stream：去掉了地址传输的功能，允许无限制的数据突发传输，无需考虑地址映射。

3）易得：标准化的AXI接口协议资源，不仅可以在xilinx官网上获得，也可以在全球范围内ARM的所有合作伙伴处获得。

大量的IP core支持AXI4协议；

大量的第三方AXI工具可提供多样的系统开发、验证和功能定制。

AXI4的工作模式

AXI4和AXI4-Lite包含5个不同的通道：

（1）写地址通道

（2）写数据通道

（3）写响应通道

（4）读地址通道

（5）读数据通道

数据可以在主从设备间同步的双向传输，并且数据传输大小可以改变。AXI4将数据传输的突发长度限制为最大256，AXI4-Lite每次传输仅运输传输一个数据。

AXI4读操作：

如图1所示，AXI4协议主从设备间的读操作使用独立的读地址和读数据通道，只需要一个地址就可以执行最大为256的突发长度的读操作。

axi4,fpga开发

首先master去判断arready信号，当该信号为高时，代表slave已经准备好接收新的地址信息，否则master不能给slave发送地址信息
当第一步完成后，master通过read_addrsess通道给slave发送地址，具体操作：master必须拉高一个arvalid信号，在arvalid信号为高的时候，将对应的地址发送给slave
当第二步执行完成后，slave就会通过read_data通道返回数据，master必须在rready和rvalid信号同时为高时，将数据读取，否则不能读取数据；当最后一个数据发送时，slave会将rlast信号同时拉高，代表最后一个数据发送完成。

PS ：在数据读取时，读取的数据从图中可以看到不是连续读取，说明slave是空闲时才传递

AXI4写操作

如图2所示，AXI4协议主从设备间的写操作使用写地址、写数据和写响应通道。只需要一个地址就可以执行最大为256的突发长度的写操作。

axi4,fpga开发

首先master去判断awready信号，当该信号为高时，代表slave已经准备好接收新的地址信息，否则master不能给slave发送地址信息
当第一步完成后，master通过write_addrsess通道给slave发送地址，具体操作：master必须拉个一个awvalid信号，在awvalid信号为高的时候，将对应的地址发送给slave
然后发送写数据，master必须在wready为高的时候，将wvalid信号拉高，同时将数据发送给salve,当master发送最后一个数据时，将wlast信号拉高一个周期，告诉slave这是最后一个数据，当slave收到wlast信号为高时，就会将收到的数据按照指定的地址写入ddr

4.当master发送完写数据后，必须通过writer response 收到slave的应答信号，Bready会拉高，在Bvalid也为高电平时，slave会将bresp信号拉高一个周期，master只要判断到该信号为高电平，既可以给slave发送要写的数据

AXI4和AXI4-Lite、AXI4-Stream接口信号

1）全局信号

信号名	AXI4	AXI4-Lit
ACLK	全局时钟
ARESETN	全局复位，低有效。

2）写地址通道信号

信号名	源	AXI4	AXI4-Lit
AWID	主	写地址ID。这个信号用于写地址信号组的标记。	不支持
AWADDR	主	写地址。写地址给出突发数据传输的第一个传输地址。
AWLEN	主	突发长度。给出突发传输中准确的传输个数。支持INCR和WRAP传输模式。突发长度=awlen+1	不支持
AWSIZE	主	突发大小。这个信号用于确定突发传输中每个传输的大小。总线位宽=2^size Betyes	不支持
AWBURST	主	突发类型。该信息与突发大小信息一起，表示在突发过程中，地址如何应用于每个传输。支持INCR和WRAP传输模式。	不支持
AWLOCK	主	锁类型。该信号提供了关于传输原子特性的额外信息（普通或互斥访问）。	不支持
AWCACHE	主	缓存类型，建议值为0011。
AWPROT	主	保护类型，访问权限，建议值为000。
AWQOS	主	QoS标识符，xilinx AXI4不支持。	不支持
AWREGION	主	用于每个写操作的地址通道上的域标识符。通过该标识实现一个物理端口对应多个逻辑端口	不支持
AWUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
AWVALID	主	写地址有效信号。为高指示地址有效。
AWREADY	从	写地址准备信号。为高表示从设备空闲，准备接收地址；为低表示从设备忙。

3）写数据通道信号

信号名	源	AXI4	AXI-Lite
WDATA	主	写数据，32位到1024位宽	只支持32位宽
WSTRB	主	写字节选通，用于表示更新存储器的字节通道，对于数据总线的每8位数据有一位写选通信号。	从设备端可选择忽略。
WLAST	主	写最后一个数据指示信号。表示突发传输中的最后一个数据。	不支持
WUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
WVALID	主	写有效。为高指示数据有效。
WREADY	从	写准备。为高表示从设备空闲，准备接收数据；为低表示从设备忙。

4）写响应通道

信号名	源	AXI4	AXI-Lite
BID	从	响应ID。写响应识别标记，BID值必须匹配AWID值。	不支持
BRESP	从	写响应。该信号表示写状态，可允许相应的表示为OKAY\EXOKAY\SLVERR\DECERR。	EXOKAY状态不支持
BUSER	从	xilinx AXI4不支持。	不支持
BVALID	从	写响应有效。为高指示响应数据有效。
BREADY	主	写响应准备。为高表示主设备空闲，准备接收写响应；为低表示主设备忙。

5）读地址通道

信号名	源	AXI4	AXI-Lite
ARID	主	读地址ID。这个信号用于读地址信号组的标记。	不支持
ARADDR	主	读地址。读地址给出突发数据传输的第一个传输地址。
ARLEN	主	突发长度。给出突发传输中准确的传输个数。支持INCR和WRAP传输模式。	不支持
ARSIZE	主	突发大小。这个信号用于确定突发传输中每个传输的大小。	不支持
ARBURST	主	突发类型。该信息与突发大小信息一起，表示在突发过程中，地址如何应用于每个传输。支持INCR和WRAP传输模式。	不支持
ARLOCK	主	锁类型。该信号提供了关于传输原子特性的额外信息（普通或互斥访问）。	不支持
ARCACHE	主	缓存类型，建议值为0011。
ARPROT	主	保护类型，建议值为000。
ARQOS	主	QoS标识符，xilinx AXI4不支持。	不支持
ARREGION	主	用于每个读操作的地址通道上的域标识符。	不支持
ARUSER	主	xilinx AXI4不支持。	不支持
ARVALID	主	读地址有效信号。为高指示地址有效。
ARREADY	从	读地址准备信号。为高表示从设备空闲，准备接收地址；为低表示从设备忙。

6）读数据通道

信号名	源	AXI4	AXI-Lite
RID	从	读ID标记，该信号是读数据信号组标记，由从设备产生RID，RID必须和读交易中的ARID匹配。	不支持
RDATA	从	读数据。32位到1024位宽	只支持32位宽
RRESP	从	读响应。该信号表示读状态，可允许相应的表示为OKAY\EXOKAY\SLVERR\DECERR。	EXOKAY状态不支持
RLAST	从	读最后一个数据指示信号。表示突发传输中的最后一个数据。	不支持
RUSER	从	xilinx AXI4不支持。	不支持
RVALID	从	读有效。为高指示数据有效。
RREADY	主	读准备。为高表示主设备空闲，准备接收数据；为低表示主设备忙。

7）AXI4-Stream信号

信号名	源	默认值	功能
TVALID	No	N/A	Stream读写数据有效。为高指示数据有效。
TREADY	Yes	1	Stream读写读准备。为高表示对端设备空闲，准备接收数据；为低表示对端设备忙。
TDATA	Yes	0	Stream读写数据，8到4096位宽。
TSTRB	Yes	同TKEEP，否则为1	字节选通信号。用于表示更新存储器的字节通道，对于数据总线的每8位数据有一位选通信号。
TKEEP	Yes	1	字节选通信号。TKEEP未被确认的那些相关的字节是空字节，可以从数据流中去除。
TLAST	Yes	0	表明包的边界。
TID	Yes	0	数据流标识符。
TDEST	Yes	0	数据流路由信息。
TUSER	Yes	0	用户定义的边带信息，这些信息能伴随数据流进行发送。