outstanding，out of order ,interleaving的介绍

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本文详细解析了AXI总线的关键特性，包括outstanding、out-of-order和interleaving的概念及其工作原理，并通过具体实例说明了这些特性如何应用于读写操作中。

参考https://blog.youkuaiyun.com/qwaszx523/article/details/53737276

Ordering model

AXI的控制和数据通道分离，可以带来很多好处。地址和控制信息相对数据的相位独立，可以先发地址，然后再是数据，这样自然而然的支持显著操作，也就是 outstanding 操作。Master访问slave的时候，可以不等需要的操作完成，就发出下一个操作。这样，可以让slave在控制流的处理上流水起来，达到提速的作用。同时对于master，也许需要对不同的地址和slave就行访问，所以可以对不同的slave 连续操作。而这样的操作，由于slave 返回数据的先后可能不按照master 发出控制的先后进行，导致出现了乱序操作（out of order ）。

先看下ordering model的几个概念：

Outstanding

: The ability to issue multiple outstanding addresses means that masters can issue transaction addresses without waiting for earlier transactions to complete. This featurecan improve system performance because it enables parallel processing of transactions.

发出A11的addr后，在完成D11~D14的transfer之前，发出A21叫做outstanding。

Out-of-order : The ability to complete transactions out of order means that transactions to faster memory regions can complete without waiting for earlier transactions to slower memory regions. This feature can also improve system performance because it reducesthe effect of transaction latency.

地址的顺序是A11，A21，A31，而数据顺序则可能是D2？，D3？，D1?，这个过程叫做Out-of-order

Interleaving: Write data interleaving enables a slave interface to accept interleaved write data withdifferent AWID values. The slave declares a write data interleaving depth that indicatesif the interface can accept interleaved write data from sources with different AWIDvalues.

D11和D12之间插入D23，叫做interleaving。

简单而言，outsatanding是对地址而言，一次burst还没结束，就可以发送下一相地址。而out-of-order和interleaving则是相对于 transaction，out-of-order说的是发送transaction和接收的cmd之间的顺序没有关系，如先接到A的cmd，再接到B的cmd，则可以先发B的data，再发A的data；interleaving指的是A的data和B的data可以交错，如A1 B1 A2 B2 B3……（同一个事务之间的不同数据要按顺序，例如不能出现A1 B2 A2 B1，）

举个例子，从master和slave两个角色分别来看：

对于AXI master,先看写操作。如果分别发出WCMD1和WCMD2两个写命令给两个不同的slave，假设这两个写命令都是四拍的数据分别记为WDATA1_0，WDATA1_1，WDATA1_2，WDATA1_3，以及WDATA2_0，WDATA2_1，WDATA2_2，WDATA2_3。如果master在自己的写数据总线上，依次发出WDATA2_0，WDATA2_1，WDATA2_2，WDATA2_3，WDATA1_0，WDATA1_1，WDATA1_2，WDATA1_3，这就叫写out of order；如果master在自己的写数据总线上，依次发出WDATA2_0，WDATA1_0，WDATA2_1，WDATA1_1，WDATA2_2，WDATA2_3，WDATA1_2，WDATA1_3，这就叫写out of order且interleave；注意，不论是out of order还是interleave，同一个命令对应的四拍数据在内部必须是顺序的，不能乱序。比如，不允许出现WDATA2_1，WDATA1_0，WDATA2_0，WDATA1_1，WDATA2_2，WDATA2_3，WDATA1_2，WDATA1_3这样的。显然，你自己设计master时，如果是写操作，你不会主动发出out of oder和interleave的操作，因为这个明显增加了复杂度且没带来master自己的效率提高。再看master读，同样发出RCMD1和RCMD2两个读命令给不同的slave，由于不同slave的响应速度不同，就可能出现RCMD2对应的读数据先返回到master的情况；再考虑到复杂系统的总线设计，master依次接收到RDATA2_0，RDATA1_0，RDATA1_1，RDATA1_2，RDATA2_1，RDATA2_2，RDATA1_3，RDATA2_3这样的数据是有可能的，这就是读的out of order且interleave。所以，对于master，不建议发出out of order与interleave的写数据，但是必须支持out of order与interleave的读操作！同理，可以分析，对于slave，必须支持out of order与interleave的写操作，不建议返回out of order与interleave的读数据。在一个系统中，interleave会明显增加设计复杂度，其实可以约定master,slave以及连接总线都不要使用interleave，（另外可以配置depth ==1，达到不支持interleaving的目的）这样可以降低复杂度，但out of order是AXI特性，这个功能必须支持。

在AXI4的总线规范中提到AXI4的总线特性之一：
Support for issuing multiple outstanding addresses.

从字面理解，outstanding表示正在进行中的，未完成的意思，形象地说就是“在路上”。

简单讲，如果没有outstanding，或者说outstanding能力为1，则总线Master的行为如下(AHB总线就没有outstanding能力）：
1）读操作：读地址命令 -> 等待读数据返回 -> 读地址命令 -> 等待读数据返回 -> 。。。。。
2）写操作：写地址命令->写数据->等待写响应返回->写地址命令->写数据->等待写响应返回。。。。。（如果支持out-of-order，对于AXI3，写命令和写数据不一定有先后顺序且ID顺序不一定相同，AXI4因为已经没有WID信号，所以写数据的顺序要和写地址的顺序一样）AXI4.0是没有WID信号的，因为写通道不支持乱序写，其实对于写来说，乱序会变得设计复杂而且意义不大。

而如果outstanding能力为N>1的话，则：
1）读操作：可以连续发N个读地址命令，这期间如果读数据没有返回，则需要等待读数据返回，如果有读数据返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几个。也就是说，“在路上” 的读命令（或者读数据）最多可以是N。多说一点，可以看出，如果数据返回得比较慢，那么IP需要等待，效率就会比较低，因此，为了提高效率，有必要提高outstanding能力，以弥补”路上“（总线）引入的延时。但是也不能无限制地发，否则有可能会引起总线拥塞，把其他IP给堵住。下图为一个outstanding读的时序图例子.

2）写操作：可以连续发出N组写地址（写数据）命令，这期间如果写响应没有返回，则必须等待写响应返回才能接着发写地址（写数据）命令，如果有写响应返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几组。也就是说，“在路上” 的写响应最多可以是N。
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作者：tbzj_2000
来源：优快云
原文：https://blog.youkuaiyun.com/tbzj_2000/article/details/88042890
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