ACE(AXI Coherency Extensions) 协议学习记录3：Channel Signaling(上)

事务通道	信号	来源	描述
读地址通道	ARDOMAIN[1:0]	主设备（Master）	指示读事务的共享域
写地址通道	AWDOMAIN[1:0]	主设备（Master）	指示写事务的共享域

Note：

尽管在系统中可以存在多个非共享（Non-shareable）、内部共享（Inner Shareable）和外部共享（Outer Shareable）域，但每个域中包含的主设备（masters）必须有一个统一的定义。这意味着，无论在系统的哪个部分，属于特定共享域的主设备集合应该是一致的，以确保缓存一致性和事务的正确处理。

AxDOMAIN[1:0]信号(ARDOMEN或AWDOMAIN信号)的编码方式，定义了共享域的不同级别：

0b00：非共享（Non-shareable）域，表示不与其他主设备共享缓存行。
0b01：内部共享（Inner Shareable）域，表示内部共享的一组主设备之间可以共享缓存行。
0b10：外部共享（Outer Shareable）域，表示包含内部共享域的所有主设备，并可能包括更多主设备。
0b11：系统（System）域，表示系统中所有主设备之间的共享。

在ACE协议中，针对不同内存类型的事务，共享域的使用受到特定的限制：

设备事务（Device transaction）：当AxCACHE[1]信号等于零时，表示该事务为设备事务，它必须仅使用系统级别（System level）的共享域。这意味着，设备事务不涉及缓存一致性操作，而是直接与系统内存进行交互。
可缓存事务（Cacheable transaction）：当AxCACHE[3:2]信号不等于零时，表示该事务为可缓存事务，它不能使用系统级别的共享域。可缓存事务涉及缓存行的共享和一致性管理，因此需要在较低级别的共享域（如内部共享或外部共享）中进行处理。

这些限制确保了系统能够根据事务的类型和内存访问的缓存属性，正确地管理和维护缓存一致性。通过这种方式，系统可以优化性能，避免不必要的缓存一致性检查，同时确保数据的一致性和完整性。

AxCACHE是AXI4协议中写地址通道（Write Address Channel）和读地址通道（Read Address Channel）的信号的一部分。这个信号用于指定事务的缓存属性，如缓存的使能状态和缓存策略。在AXI4接口中，AxCACHE通常是一个4位的字段，但在某些情况下可能会被缩减到2位或3位，具体取决于实现的需要。

ACE通道详细信息：ACE(AXI Coherency Extensions) 协议学习记录2：ACE接口信号

AxCACHE和AxDOMAIN信号组合

本地缓存访问的排除：表D3-3不包括发起主设备（initiating master）内部缓存的访问。这意味着表中描述的缓存访问仅涉及主设备之外的缓存。
允许但非预期的组合：表中标记为“允许”（Permitted）的AxCACHE和AxDOMAIN组合在协议中是合法的，但并不常见。这些组合可以在内存位置可以在需要监听的域级别被缓存，但事务故意不在下游缓存时使用，例如在系统级缓存中。
非缓存事务的数据获取：当AxCACHE指示为非缓存（Non-cacheable）且AxDOMAIN指示为内部共享（Inner Shareable）或外部共享（Outer Shareable）时，不要求必须从最终目的地获取数据。这可能适用于某些特殊的缓存策略或事务类型。
外部共享对等缓存的包含：当表D3-3显示访问的缓存是外部共享对等缓存时，这包括所有内部共享对等缓存。这意味着在处理外部共享事务时，也考虑了内部共享缓存的影响。
系统域内存位置的缓存限制：被指示为在系统域（System domain）的内存位置不能被任何缓存持有。这通常意味着系统域内存位置需要直接访问，不允许缓存介入，以确保一致性和可预测性。

拓展：总线协议、总线、控制器三者之间的关系

AXI总线协议：

AXI（Advanced eXtensible Interface）是由ARM公司定义的一种高性能、高带宽、低延迟的片上总线协议。它规定了在SoC（System on Chip）中不同IP核之间进行数据传输和通信的规则和标准。

AXI协议包括多个版本，如AXI3和AXI4，每个版本都有其特定的特性和改进。这些协议定义了信号集、事务类型、传输模式等，以支持复杂的数据传输需求。

总线：

总线是SoC中用于连接不同IP核的物理或逻辑通道，它实现了AXI协议中定义的数据传输。总线可以是物理的电气连接，如铜线或光导纤维，也可以是逻辑上的通信路径，如通过软件定义的通信接口。

总线的主要作用是传输数据、地址、控制信号等，使得SoC中的处理器、内存、外设等组件能够相互通信和协作。

控制器：

控制器是指管理和协调总线上数据传输的硬件或软件组件。在AXI协议中，控制器可以是一个独立的硬件IP核，也可以是集成在其他IP核中的控制逻辑。

控制器负责处理AXI事务，如发起读/写请求、处理响应、维护缓存一致性、执行事务的分割和合并等。它还可能包括地址翻译、优先级管理、错误处理等功能。

在某些设计中，控制器可能是可配置的，允许设计者根据系统需求来定制其行为，例如通过设置AxCACHE信号来决定事务的可修改性。

总结来说，AXI总线协议定义了SoC中数据传输的规则，总线是实现这些规则的物理或逻辑通道，而控制器是执行和管理这些规则的组件。这三者共同工作，确保了SoC中的数据能够高效、可靠地在不同组件之间传输和处理。设计者需要根据AXI协议来设计和集成总线和控制器，以实现所需的系统性能和功能。

扩展：ACE协议中提到的互连(interconnect)概念的理解

在AXI总线架构中，互连（interconnect）通常指的是连接不同IP核的中介网络或硬件组件，它实现了总线的功能，允许数据在SoC中的各个部分之间流动。互连可以被视为总线的一种实现，或者是总线概念的一个扩展。

互连的角色和功能包括：

数据传输：互连负责在SoC的不同组件之间传输数据，包括处理器、内存、外设等。

事务管理：互连管理AXI事务，包括读、写、响应等，确保事务按照AXI协议的规定正确地进行。

缓存一致性：在多缓存的SoC设计中，互连负责维护缓存一致性，处理缓存行的替换、无效化、合并等操作。

冲突解决：互连处理多个事务同时发生时可能出现的冲突，例如，当多个事务尝试访问同一内存位置时，互连需要决定事务的执行顺序。

桥接：互连可以作为不同总线标准或协议之间的桥梁，允许它们之间进行通信。

优化：互连可以根据系统的需求和性能目标对事务进行优化，例如，通过调整事务的突发长度或合并多个小事务来提高总线效率。

在理解上，互连可以被视为SoC设计中的一个枢纽，它不仅提供了物理连接，还包含了逻辑控制和优化机制，使得系统能够高效地运行。互连的设计和实现对于整个SoC的性能和可靠性至关重要。设计者需要确保互连能够支持AXI协议的所有特性，并根据具体的应用场景进行优化。

扩展：互连(interconnect)和总线控制器

互连（interconnect）和总线控制器（bus controller）是相关但不完全相同的概念。在SoC设计中，它们的关系和区别如下：

互连（Interconnect）：

互连是指连接SoC内部各个IP核的硬件架构，它提供了数据和控制信号的传输路径。

互连可以包括多个层次和不同类型的总线，如AXI、AHB、APB等，它们共同构成了SoC的通信骨架。

互连的设计关注于优化数据流、减少延迟、提高带宽和确保事务的顺利进行。

总线控制器（Bus Controller）：

总线控制器通常是指管理总线上事务的硬件组件或逻辑单元，它负责生成和控制事务，如发起读/写请求、处理响应、维护事务顺序等。

总线控制器可以是互连的一部分，或者是作为独立IP核存在的，它负责执行AXI协议中定义的控制逻辑。

在某些情况下，互连和总线控制器可能是集成在一起的，特别是在一些简化的设计或集成度较高的SoC中。在这种情况下，互连不仅提供了物理连接，还集成了控制逻辑，从而实现了总线控制器的功能。

总的来说，互连是SoC中连接不同组件的硬件架构，而总线控制器是管理这些连接上事务的硬件或逻辑单元。两者共同工作以确保数据在SoC中的有效传输和系统的稳定性。在设计SoC时，需要综合考虑互连和总线控制器的设计，以实现最佳的性能和功能。