AXI4 Lite 协议分析

本文深入探讨Zynq 7000自定义IP中AXI4 Lite协议的应用,阐述了如何在FPGA设计中实现PS-PL交互。通过ILA捕获读写时序波形,分析了包括写地址、写数据、写应答、读地址、读数据等通道的功能。文中详细解析了AXI4 Lite协议的各部分,如信号定义、地址锁存、写入逻辑和读取响应,并展示了如何在实际代码中实现这些功能。

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本文是上篇文章《Zynq 7000 自定义IP实验》的扩展,


在Zynq 7000 的ip设计应用中,为了实现PS-PL 互动,我们需要选择 AXI 4 协议, 而Axi4 Lite 是其中简化版本,耗用资源比较少,也比较好理解。大多数情况,我们选择它。

为了设计好自定义ip 包,我们需要熟悉和掌握 Axi 4 Lite。

首先使用ILA 采集读写的波形图,另存工程,然后添加ila。我简单介绍其操作过程,如果不能掌握,也关系不大。主要是看波形。


写时序波形图(ILA 实测)

 

 

写时序波形图(ILA 实测)

 

现在我们转到我们分析的文件 myip_led_v1_0_S00_AXI.v

 

在文件的前部分 ,是模块的输入输出定义,这就是

    module myip_led_v1_0_S00_AXI #
    (
        // Users to add parameters here
 
        // User parameters ends
        // Do not modify the parameters beyond this line

        // Width of S_AXI data bus
        parameter integer C_S_AXI_DATA_WIDTH    = 32,
        // Width of S_AXI address bus
        parameter integer C_S_AXI_ADDR_WIDTH    = 4
    )
    (
        // Users to add ports here
        output wire [3:0]LED,
        // User ports ends
        // Do not modify the ports beyond this line

        // Global Clock Signal
        input wire  S_AXI_ACLK,
        // Global Reset Signal. This Signal is Active LOW
        input wire  S_AXI_ARESETN,
        // Write address (issued by master, acceped by Slave)
        input wire [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] S_AXI_AWADDR,
        // Write channel Protection type. This signal indicates the
            // privilege and security level of the transaction, and whether
            // the transaction is a data access or an instruction access.
        input wire [2 : 0] S_AXI_AWPROT,
        // Write address valid. This signal indicates that the master signaling
            // valid write address and control information.
        input wire  S_AXI_AWVALID,
        // Write address ready. This signal indicates that the slave is ready
            // to accept an address and associated control signals.
        output wire  S_AXI_AWREADY,
        // Write data (issued by master, acceped by Slave)
        input wire [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] S_AXI_WDATA,
        // Write strobes. This signal indicates which byte lanes hold
            // valid data. There is one write strobe bit for each eight
            // bits of the write data bus.    
        input wire [(C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1 : 0] S_AXI_WSTRB,
        // Write valid. This signal indicates that valid write
            // data and strobes are available.
        input wire  S_AXI_WVALID,
        // Write ready. This signal indicates that the slave
            // can accept the write data.
        output wire  S_AXI_WREADY,
        // Write response. This signal indicates the status
            // of the write transaction.
        output wire [1 : 0] S_AXI_BRESP,
        // Write response valid. This signal indicates that the channel
            // is signaling a valid write response.
        output wire  S_AXI_BVALID,
        // Response ready. This signal indicates that the master
            // can accept a write response.
        input wire  S_AXI_BREADY,
        // Read address (issued by master, acceped by Slave)
        input wire [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] S_AXI_ARADDR,
        // Protection type. This signal indicates the privilege
            // and security level of the transaction, and whether the
            // transaction is a data access or an instruction access.
        input wire [2 : 0] S_AXI_ARPROT,
        // Read address valid. This signal indicates that the channel
            // is signaling valid read address and control information.
        input wire  S_AXI_ARVALID,
        // Read address ready. This signal indicates that the slave is
            // ready to accept an address and associated control signals.
        output wire  S_AXI_ARREADY,
        // Read data (issued by slave)
        output wire [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] S_AXI_RDATA,
        // Read response. This signal indicates the status of the
            // read transfer.
       &

### 自定义 AXI4-Lite 接口设计方法 #### 1. 理解 AXI4-Lite 协议特性 AXI4-Lite 是一种简化版本的 AMBA 4 协议,适用于低带宽、简单控制逻辑的应用场景。该协议去除了许多复杂的功能,如突发传输、ID 和用户通道等[^3]。 #### 2. 工程建立与工具准备 为了实现自定义 AXI4-Lite 接口,在 FPGA SoC 上通常会使用 Vivado 或 Quartus 这样的开发环境。这些工具提供了丰富的 IP 库以及图形化界面来帮助构建复杂的系统架构[^1]。 #### 3. 定义地址映射和端口配置 在创建新的 AXI4-Lite 接口之前,需要明确定义目标模块所需的寄存器集合及其对应的地址范围。这一步骤对于确保不同组件之间能够正确交互至关重要。可以利用 Xilinx 的 Block Design 功能快速完成此操作。 #### 4. 实现读写功能及时序管理 通过 Verilog 或 VHDL 编写代码来具体描述 AXI4-Lite 主设备或从设备的行为模式。下面是一个简单的 AXI4-Lite 从设备模型的例子: ```verilog module axi_lite_slave ( input wire aclk, input wire aresetn, // Write address channel signals input wire [31:0] awaddr, input wire awvalid, output reg awready, // Write data channel signals input wire [31:0] wdata, input wire [3:0] wstrb, input wire wvalid, output reg wready, // Read address channel signals input wire [31:0] araddr, input wire arvalid, output reg arready, // Read data channel signals output reg [31:0] rdata, output reg rresp, output reg rvalid, input wire rready, // Response signal for write transactions output reg bresp, output reg bvalid, input wire bready ); // Internal registers and logic here... endmodule ``` 这段代码展示了如何声明一个基本的 AXI4-Lite 从设备接口,并设置了必要的输入输出信号线。实际应用中还需要加入内部状态机和其他辅助电路以支持完整的读/写流程处理。 #### 5. 测试验证 最后阶段是对所设计的 AXI4-Lite 接口进行全面测试,包括但不限于功能性仿真、时序分析及硬件调试等方面的工作。Vivado 提供了强大的 Simulation Environment 来协助开发者高效地完成这项任务。
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