AXI和CHI握手机制

AXI和CHI握手机制

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AMBA的CHI协议相比于AXI协议在一致性方面有很多扩展, 其使用场景、Channel的交互方式、上下游的信息传递、拓扑结构等都有很多不同. 本着有更多交流的目的, 分享在学习中的见解和内容.

前言

AXI采用VALID-READY握手的方式, 而CHI采用credit的方式进行上下游的交互, 同时credit的交互方式也与low power相关.

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一、AXI握手机制

AXI采用VALID-READY的握手机制, 五个独立的Channel都有各自的握手信号, 例如AW Channel的握手信号为AWVALID/AWREADY, 如下图所示. Tx控制VALID信号, 而Rx控制READY信号.

并且VALID和READY可以有任意的先后关系, Tx和Rx都在VALID-READY都为高时, 确认信息的交互成功.

为避免产生deadlock, 在同一Channel, AXI协议中规定:

• VAILD不能依赖于READY, 也就是说即便没有READY信号, VALID也可以为高.
• READY可以依赖于VALID, 但这不是必须的.

除此之外, AXI协议中还对不同Channel之间的握手有所要求.
例如ARVALID和ARREADY可以以任意顺序产生, 但是RVALID必须在ARVALID-ARREADY握手完成之后产生. 这一点很容易理解, 对于一个transaction, 只有在收到读命令之后, 才可以返回相应的数据, 不然返回的数据一定是不合法的.
在AW, W, B Channel也有类似的要求.

AXI协议的握手机制相对简单, 但是也带来了一些弊端, 因为VALID信号一旦为高, 在没有握手完成之前是不允许拉低的, 这就导致了如果Slave不能接受命令时, 会导致Master也无法释放对总线的控制. CHI协议在这方面做了改进.

二、CHI握手机制

在CHI中, 与AXI类似的信息传递是在Link layer进行的, 其中flit是Link layer传输的基本单元.

Transmitter是信息的发送方, Receiver是信息的接受方.
当链路被激活, credit(信用/资格)就在Tx和Rx直接交互, credit由Rx发出, Tx接收, 即接收方告诉发送方我可以一次性接收多少笔flit, Rx每拥有一个credit, 就可以发送一笔flit.
Tx在接收到flit之后, 再把接收到的credit随着response或者return data发出给Tx.
每个相互交互的Channel, 包括REQ/SNP/RSP/DATA都有独立的credit.
可以看出来, credit和握手最大的区别就在于, VALID-READY每次在只有在完成之后才能发送/接收下一个, 而credit是一次性发送/接收多笔.

三、CHI Low power

Flit和credit的交互方式除了能带来不阻塞总线的好处外, 还有low power的考虑, CHI在low power有三种不同levels的方式:

• Flit Level Clock Gating: 通过flitpend提前一个cycle拉高, 来实现cycle-by-cycle的clock gating.
• Link Activation: 通过Link activation和deactivation来entry/exit low power state.
• Protocol Activity Indication: Protocol layer的activity用来对transaction的传输进行low power控制.
  下面分别对这几种方式进行介绍.

1. Flit level clock gating

FLITPEND用来指示下一个cycle可能会有有效的flit. flitpend、flit、credit是每个channel都有一组的.

FLITPEND的使用有一些要求:

• flitpend在Tx发送flit的前一个cycle必须assert.
• flitpend assert的下一个cycle不一定发送flit.
• flitpend可以一直assert, 应用于Tx不确定下个cycle是否有flit.
• flitpend assert不依赖于credit的多少或有无.
• flitpend可以在不发送flit的时候deassert.

2. Interface activation and deactivation

LINKACTIVEREQ-LINKACTIVEACK和flit-credit不同, 这对信号对于某个componet只有两组, Tx和Rx方向各有一组, 一般称为TxLINKACTIVEREQ、TxLINKACTIVEACK和RxLINKACTIVEREQ、RxLINKACTIVEACK.(Tx和Rx是相对的, 所有发送payload flit的定义为Tx, 所有发送credit的定义为Rx)
两根信号, 总共可以使Link layer工作在四个phase, 包括STOP, ACT, RUN, DEACT.

四个状态的含义:

• RUN: 两个component可以交换flits和credit.
• STOP: 处于low power状态不能有任何操作, 这时候所有的credit hold在Rx, Tx也不能发送任何flits.
• ACTIVATE: STOP到RUN的暂态. ACT状态时Tx不能发送任何flit, 但是可以接收credit, 同样的Rx可以在发送LINKACTIVEACK之前发送credit.
• DEACTIVATE: RUN到STOP的暂态.
  RUN和STOP都是稳定态, 一旦进入可以保持无限长的时间.
  ACTIVATE和DEACTIVATE都是暂态, 协议期待在这个状态只保持一段时间.
  在退出复位时, credit都hold在Rx, 这时候Tx因为没有credit是不能发送flit的. 在正常工作期间, credit和flit是持续进行交换的. 一旦进入low power状态, Tx必须停止发送flit并将credit返还给Rx, 最终的状态与复位时一样.

四个状态的转移:
在协议中很清楚的描述了四个状态的转移.

虽然协议期待在ACTIVATE和DEACTIVATE之保持一段时间, 但并没有对这段时间有限制.
flit是Tx发的, Tx也决定了状态的切换, 因此Tx可以确保在状态切换时不发送任何payload flit, 只发送credit return flit.
credit是Rx发的, 但是状态切换不是由Rx决定的, 因此Rx可以有一段的反应时间, 在DEACT的时候仍然可以发送credit. 协议要求在DEACT到STOP的切换中收回所有credit.
即由Tx主导去使状态由RUN to STOP, or STOP to RUN. Link layer的ACT-DEACT是针对所有同方向的channel的, 因此

• 当一个状态要求Tx有能力接收credit的时候, Tx必须能在所有channel上接收credit.
• 当一个状态要求Rx有能力接收flit的时候, Rx必须能在所有channel上接收flit.

3. Protocol layer activity indication

SACTIVE是用来指示transaction in process.
即在发送transaction之前必须要assert TXSACTIVE, 一直保持到所有transaction都被发送和接收.
如下图所示, TXSACTIVE对不同的componet有不同的要求.

TXSACTIVE signalng from a Request Node
当一个新的transaction被发送, RN必须assert TXSACTIVE, 并且该TXSACTIVE要至少同于或者先于TXREQFLITV assert, 一直到transaction结束.
一个transaction的完成标志取决于类型和传输方式, 比如ReadNoSnp transaction的完成响应一般是CompData的最后一笔flit, 但是如果ReadReceipt比CompData晚, 完成响应就是ReadReceipt.
TXSACTIVE signaling from a Subordinate Node
SN必须在接收TXSACTIVE之后, 在发送resp之前assert TXSACTIVE, 并在之后保持直至flit被接收.
TXSACTIVE signaling from an interconnect interface to Request Node
同样的, ICN在接收到transaction的时候assert TXSACTIVE, 直至完成resp.
RXSACTIVE signal
当Rx接收到RXSACTIVE时, 必须及时地ACT Link layer, RXSACTIVE主要是用来和TXSACTIVE结合使用, 用于entry/exit low power.

4. Relationship between SACTIVE and LINKACTIVE

SACTIVE信号是Protocol layer activity的指示. 当TXSACTIVE和RXSACTIVE都deassert时, 可以认为node是inactive的.
LINKACTIVE信号是Link layer activity的指示. 当Tx处于TxStop以及Rx处于RxStop状态时, 可以认为node或者interconnect是inactive.
但这二者是正交的, 即相互之间没有约束关系,

总结

以上就是今天要阐述的内容, 本文介绍了AXI和CHI在上下游信号交互上的区别, 以及CHI在low power方面的一些实践.
欢迎大家补充提问！