深入浅出IIC协议 - 从总线原理到FPGA实战开发 -- 第六篇：AXI4-Lite桥接设计

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#fpga开发 #开源协议

第六篇：AXI4-Lite桥接设计

副标题 ：打通软硬件壁垒——基于AXI总线的可复用I2C控制器设计实战

1. AXI4-Lite接口设计

1.1 AXI4-Lite信号解析

信号类型 关键信号线 功能描述
地址通道 AWADDR[31:0] 写地址
ARADDR[31:0] 读地址
数据通道 WDATA[31:0] 写数据
RDATA[31:0] 读数据
控制通道 AWVALID/AWREADY 写地址握手
WVALID/WREADY 写数据握手
响应通道 BRESP[1:0] 写响应（OKAY/EXOKAY/SLVERR）

1.2 状态机设计

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[FPGA AXI IP] AXI Chip2Chip
S&Z3463的博客
05-04 1924
AXI Chip2Chip IP（PG067）是一款高效的 AXI 协议桥接软核，专为多设备 SoC 系统设计，支持 FPGA 和 SoC 之间的低引脚数、高性能通信。其通过通道复用、宽度转换和多 PHY 支持（Aurora、SelectIO），实现 AXI4 和 AXI4-Lite 接口的透明桥接，广泛应用于多 FPGA 系统、Zynq SoC 集成、实时视频处理和网络通信等领域。
[AXI] AXI Interconnect
S&Z3463的博客
05-07 3713
AXI Interconnect IP（PG059）是一款功能强大的 AXI 互联软核，专为 AXI4、AXI3 和 AXI4-Lite 协议设计，提供多主多从的灵活路由功能。其通过模块化设计（Crossbar、Data Width Converter、Clock Converter 等），支持协议转换、宽度转换、时钟域转换和稀疏连接，结合高性能仲裁和流水线优化，广泛应用于多核处理器系统、视频处理、信号处理和 SoC 集成等领域。
[AXI] AXI DMA
S&Z3463的博客
05-06 2308
AXI DMA IP（PG021）是一款功能强大的直接内存访问软核，专为 AXI4 和 AXI4-Stream 协议设计，支持内存映射域和流域之间的高吞吐量数据搬运。其通过 MM2S 和 S2MM 通道、分散/聚集模式、多通道支持和数据重新对齐功能，满足视频处理、信号处理、网络通信和硬件加速等复杂应用需求。用户在使用时应根据应用需求选择传输模式、数据宽度和时钟配置，合理管理描述符和中断，并通过仿真验证传输性能和协议合规性。
[AXI] AXI Interconnect RTL
S&Z3463的博客
05-07 2812
AXI Interconnect 的 RTL 实现采用模块化设计，核心是一个可配置的交叉开关（Crossbar），周围集成功能模块如数据宽度转换器、协议转换器、时钟域转换器和寄存器切片。顶层模块顶层模块为，封装所有子模块逻辑。通过 Verilog 参数（Parameters）和接口信号定义主接口（Sxx_AXI）、从接口（Mxx_AXI）、时钟和复位信号。支持 1-16 个主接口（S00_AXI 到 S15_AXI）和 1-16 个从接口（M00_AXI 到 M15_AXI）。模块化设计。
[AXI] AXI SmartConnect
S&Z3463的博客
05-09 3922
AXI SmartConnect IP（PG247）是一款高性能的 AXI 互连软核，支持 AXI4、AXI3、AXI4-Lite 和 AXI4-Stream 协议，通过动态拓扑优化、协议转换、数据宽度转换和时钟域转换，简化复杂 SoC 系统设计。其低延迟、高吞吐量和灵活配置使其成为 Zynq MPSoC、Versal 架构、视频处理和 PCIe 通信的理想选择。用户在配置时需注意协议类型、接口数量、时钟设置和地址映射，合理优化流水线和仲裁策略，并通过仿真验证互连性能。
[AXI] AXI Data Width Converter
S&Z3463的博客
05-06 2858
AXI Data Width Converter IP（PG059）是一款高效的 AXI 数据宽度转换软核，专为 AXI4 和 AXI4-Lite 协议设计，支持宽到窄和窄到宽的数据宽度转换。其通过打包/解包逻辑、异步 FIFO 和寄存器切片，提供高吞吐量、低延迟的传输，广泛应用于多核处理器系统、视频处理、信号处理和 SoC 集成等领域。用户在使用时应注意宽度转换比、突发长度调整和时钟域配置，合理选择 FIFO 深度和寄存器切片，并通过仿真验证转换性能和协议合规性。
[AXI] AXI MMU
S&Z3463的博客
05-08 910
AXI MMU（以 ARM SMMU 为例）是 AXI 系统中实现虚拟地址转换和内存保护的关键组件，通过翻译控制单元、TLB、内存保护和 AXI 接口模块，支持虚拟内存、多任务和安全访问。其与 AXI4 协议无缝集成，广泛应用于 Zynq SoC、DMA 虚拟化、视频处理和多任务操作系统等场景。用户在配置时需注意页面表、TLB 和 StreamID 的设置，合理选择时钟模式和数据宽度，并通过仿真验证地址转换和权限控制的正确性。
[FPGA AXI IP] AXI Crossbar
S&Z3463的博客
05-05 4332
AXI Crossbar IP（PG059）是一款功能强大的 AXI 互联软核，专为多主多从的 AXI4、AXI3 和 AXI4-Lite 协议设计，提供灵活的交叉开关路由功能。其支持协议转换、宽度转换、时钟域转换和稀疏连接，结合高性能仲裁和流水线优化，广泛应用于多核处理器系统、视频处理、信号处理和 SoC 集成等领域。用户在使用时应注意仲裁策略、地址映射和时钟域配置，并通过仿真验证路由性能和协议合规性。
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真双端口RAM(TDP BRAM)是FPGA中的高性能存储资源，具有独特优势但也存在风险。其最大特点是支持两个端口同时对任意地址进行独立读写操作，能实现真正的并行存取和带宽加倍，适用于高性能计算、无锁通信缓冲区等场景。然而，使用时需特别注意同一地址读写冲突问题，这会导致数据不一致，是最隐蔽的危险源。此外，TDP BRAM还存在时序收敛难度大、布线压力高和功耗增加等问题。建议仅在必须实现复杂数据交互时使用，并严格遵守冲突规避原则、加强仿真验证和精准时序约束。
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I2S_Transmitter IP 来自 http://www.harald-rosenfeldt.de/2017/12/30/zynq-create-an-i2s-transmitter-to-send-audio-signals/Panoradio (https://panoradio-sdr.de/panoradio-sdr/) 的功能远超我们想要构建的系统（100 MHz 频谱，16 位采样），而且它的组件（FPGA 板、A/D 板）也贵得多。请参阅本文开头框图中的频谱 DDC（缩放 FFT）。
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