xilinx axi详解

1，axi4基础知识

        axi（advanced extensible interface）高级可扩展总线接口是一种总线，是ARM公司提出的AMBA（advanced microcontroller bus architecture）高级微控制器总线结构协议中的一部分，它是一种高性能、高带宽、低延迟片内总线结构。axi4协议可百度IHI0022G，然后找资源下载。axi总线有5个独立的事物通道（transaction channel），写结构包含3个通道，为写地址通道AW，写通道W，写响应通道B；读结构包含两个通道，为读地址通道AR，读通道R。地址通道包含控制信息，用于描述数据通道中数据的含义。数据通道包含实际传输的数据。写响应通道用于写流程中slave告知master数据接收完成。axi总线支持突发读写模式，支持多个事物处理（outstanding），支持事物按乱序完成（out of order）。下面两图为写结构和读结构。

1.1，握手机制

        axi接口的5个通道都是基于握手原则进行数据传输的，即都拥有独立的valid和ready信号。valid用于表示源端（master）数据准备好。ready用于表示目的端（slave）已准备好接收数据。当valid和ready同时拉高时，即发生一次transfer。特别的，读、写数据通道包含last信号，用于表示一次传输事物的最后一个数据。这是一种双向的流控制机制，即主和从都可以控制他们之间数据传输的速率。aclk为全局时钟信号，axi中的所有信号都以aclk上升沿做同步，即目的端在aclk上升沿采样，源端在aclk上升沿后输出，因此axi总线两端的接口是不允许存在组合逻辑的。aresetn为全局复位信号，低有效，复位时不做要求，但复位释放时需要与aclk同步。

        值得注意的是，valid信号在拉高前，不能够等待ready信号；且valid一旦拉高，就必须等待ready拉高，完成一次transfer才能拉低。而ready信号在拉高前，可以等待valid信号；且ready拉高后，也无需握手就可以拉低。

        读流程的握手如下图所示，读流程握手比较简单，master在读地址通道将arvalid拉高，slave在读地址通道将arready拉高，两者没有必然前后关系。slave检测到读地址通道握手信号同时为高，则在读数据将rvalid信号拉高，master在读数据通道检测到握手信号同时为高，则开始接收数据。

        写流程的握手如下图所示，需要注意的是，slave需要在检测到写数据通道写有效信号wvalid，写准备信号wready和标志一次传输事务的最后数据标志wlast时，才在写响应通道将bvalid信号拉高。

1.2，通道信号

        写地址通道AW中的信号如下图所示。awaddr是一次数据写事务中第一次写数据的初始地址；awlen是一次写数据事务中数据传输次数（the nubmber of transfers），具体次数为awlen[7:0]+1；awsize是一次写数据事务中一次数据传输（transfer）的长度，具体为2^awsize[2:0]；awburst是一次写事务中突发类型（burst type）。突发类型一般使用INCR模式，即地址每次增加awsize大小。读地址通道AR类似。

        写数据通道W中的信号如下图所示，wdata是一次写事务中一次写传输的数据；wstrb是一次写事务中数据选通信号，wstrb[n]对应wdata[8n+7:8n]；wlast是一次写事务中一次写事务中的最后一次数据传输。读数据通道R类似。只是多了rresp信号，表示读事务中数据传输成功与否。

        写响应通道B中的信号如下图所示，bresp是一次写事务当中的响应，axi4中只有bresp[1:0]有效，00代表正常。salve接收到写地址通道和写数据通道的信息后，都需要应答。

1.3，axi4_lite简介

        axi4_lite与axi4相比，有以下几点不同：a，只支持burst长度为1的传输，即axlen信号为1；b，只支持32bit或者64bit数据位宽；c，只支持non-modifible、non-bufferable传输属性模式。

1.4，axi4_stream简介

        axi4_stream协议可以百度IHI0051A，然后下载资源。该协议用于设备之间数据交互，没有地址的概念，数据是以流的形式存在。在总线上，数据类型有三种：a，data，即带有效信息的数据；b，position，表示字节相对位置信息，一般用于两个packet之间；c，null，表示无效字节。三种数据的划分使用tkeep[n-1:0]和tstrb[n-1:0]信号，都是按字节对应。tkeep用于表示数据必须从源端到目的端，而非null字节。tstrb用于表示数据是数据字节，而非位置字节。tlast信号用于表示一个包的结束。

       axi4_stream中，需要明确几个概念：1，transfer，一次transfer就代表一次握手，传输一个数据单元；2，packet，由多个transfer构成，相当于axi4中的一次burst；3，frame，由多个packet构成，例如一个图像帧。4，data stream，axi_stream总线上的数据，可以是多个单独的transfer，也可以是一系列packet。