本文將討論AMBA的第三次修訂版，該修訂版向世界介紹了高級可擴(kuò)展接口（AXI）協(xié)議。
AXI協(xié)議最初是為高頻系統(tǒng)而設(shè)計的，旨在滿足各種組件的接口要求，同時允許靈活地互連這些組件。適用于高頻，低延遲設(shè)計，AXI仍與先前的AMBA版本向后兼容AHB和APB。
了解AXI將使您深入了解SoC的工作原理，同時使您成為一名多才多藝且全面的設(shè)計師。

AXI架構(gòu)

回想一下，AHB（高級高性能總線）是單通道總線，多個主機(jī)和從機(jī)用于交換信息。優(yōu)先級仲裁器確定當(dāng)前哪個主機(jī)使用該總線，而中央解碼器執(zhí)行從機(jī)選擇。突發(fā)執(zhí)行操作可能需要花費多個總線周期才能完成。每個突發(fā)傳輸都包括一個地址和控制階段，隨后是一個數(shù)據(jù)階段。
AXI的設(shè)計理念相似，但使用多個專用通道進(jìn)行讀寫。像它的前身一樣，AXI是基于突發(fā)的，并且在交換數(shù)據(jù)之前使用類似的地址和控制階段。AXI還包括許多新功能，包括亂序事務(wù)，未對齊的數(shù)據(jù)傳輸，高速緩存支持信號和低功耗接口。

AXI頻道

AXI主站和從站之間有五個獨立的通道。它們是：

• 讀取地址通道

• 讀取數(shù)據(jù)通道

• 寫地址通道

• 寫數(shù)據(jù)通道

• 寫響應(yīng)通道
  

地址通道用于在執(zhí)行主從之間的基本握手時發(fā)送地址和控制信息。數(shù)據(jù)通道是要交換信息的放置位置。
主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入從機(jī)。讀取響應(yīng)信息放置在讀取數(shù)據(jù)通道上，而寫入響應(yīng)信息具有專用通道。這樣，主機(jī)可以驗證寫事務(wù)已完成。
圖1顯示了通過五個AXI通道連接的AXI主從設(shè)備。


圖1.AXI通道
每次數(shù)據(jù)交換都稱為事務(wù)。事務(wù)包括地址和控制信息，發(fā)送的數(shù)據(jù)以及任何響應(yīng)信息。實際數(shù)據(jù)以突發(fā)方式發(fā)送，其中包含多次傳輸。圖1顯示了由4個拍子或數(shù)據(jù)傳輸組成的讀寫突發(fā)。
我們將在本文后面詳細(xì)討論突發(fā)。

AXI信號

就像以前的AMBA版本中的AHB，ASB和APB信號一樣，每個AXI通道都有許多與之相關(guān)的信號。有兩個全局信號稱為ACLK和ARESETn。它們分別是系統(tǒng)的全局時鐘和復(fù)位信號。ARESETn的后綴“ n”表示此信號為低電平有效。
圖2顯示了與讀取通道相對應(yīng)的信號以及全局信號。


圖2.讀取地址，讀取數(shù)據(jù)和全局信號
每個通道都有一個ID標(biāo)簽，用于無序交易。具有相同ID的任何事務(wù)都必須保留順序，但是具有不同ID的事務(wù)可以按任何順序完成。這樣，即使較慢的事務(wù)首先發(fā)出，也可以在較慢的事務(wù)之前完成較快的事務(wù)。例如，如果一個主設(shè)備正在將數(shù)據(jù)寫入多個從設(shè)備，則事務(wù)ID將允許更快的從設(shè)備更快完成。
總線寬度是特定于實現(xiàn)的，但是這些信號以32位總線寬度顯示。從機(jī)使用RLAST信號向主機(jī)發(fā)送最后一個數(shù)據(jù)項正在傳輸?shù)男盘枴?/span>
其他值得注意的信號包括突發(fā)大小，長度和類型。VALID和READY信號用于主機(jī)和從機(jī)之間的握手。這些將在本文后面討論。
緩存，鎖定和保護(hù)信號分別用于緩存，互斥訪問（原子操作）和非法訪問保護(hù)。


圖3.寫入地址，數(shù)據(jù)和響應(yīng)信號
圖3顯示了寫地址，數(shù)據(jù)和響應(yīng)信號。這些信號反映了上面的讀取信號，但被主機(jī)用來將數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī)。WLAST向從站發(fā)出信號，表明正在發(fā)送最后一個數(shù)據(jù)項。專用的寫響應(yīng)信號使主機(jī)可以知道寫事務(wù)已成功完成。
有關(guān)這些信號的更詳細(xì)說明，請參閱AMBA 3.0版，尤其是AMBA AXI協(xié)議v1.0規(guī)范。

AXI交易

如前所述，AXI數(shù)據(jù)傳輸稱為事務(wù)。事務(wù)可以采用讀或?qū)懙男问?，并包括地?控制信息，數(shù)據(jù)和響應(yīng)。數(shù)據(jù)以脈沖串的形式發(fā)送，其中包括多個稱為節(jié)拍的數(shù)據(jù)項。為了同步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，AXI主站和從站在事務(wù)開始時使用READY和VALID信號執(zhí)行握手。

通道握手

每個AXI通道都包含一個有效信號和一個就緒信號。這些用于同步和控制傳輸速率。這里要記住的重要一點是，源或發(fā)送者使用VALID信號表示數(shù)據(jù)或控制信息可用。當(dāng)目的地或接收者實際上能夠使用該信息時，它會發(fā)出READY信號。因此，只有當(dāng)VALID和READY信號都有效時，才可以進(jìn)行傳輸。
圖4顯示了工作中的AXI握手。通知信息傳輸（用箭頭表示）僅在VALID和READY都較高時發(fā)生，而不管哪個先斷言。還要注意，AXI在所有傳輸中都使用時鐘上升沿。


圖4.AXI握手機(jī)制（改編自AXI規(guī)范v1.0）
AXI規(guī)范中的一個重要說明是，一個組件的VALID信號絕不能依賴于另一個組件的READY信號。READY可以等待VALID信號，但不是必須的。遵循這些規(guī)則消除了發(fā)生死鎖的可能性。如果VALID依賴于READY，而READY則依賴于VALID，則很容易看到兩個信號都不會置為有效，因為每個信號都在等待另一個信號。

AXI爆發(fā)

AXI中的數(shù)據(jù)交換采用突發(fā)形式。每個突發(fā)包括多個節(jié)拍或數(shù)據(jù)傳輸。在事務(wù)開始時發(fā)送的控制信息指示正在傳輸?shù)耐话l(fā)的長度，大小和類型。
X代表R或W的AXLEN [3：0]表示突發(fā)中的拍數(shù)。寬度為4位，這意味著一個突發(fā)中最多可以進(jìn)行16次傳輸。AXLEN = b0000表示每次連發(fā)有一個節(jié)拍。b0001，b0010和b0011的值分別代表兩個拍子，三個拍子和四個拍子。這種模式一直持續(xù)到十六歲。組件必須完成AXLEN指定的所有節(jié)拍，無論是否使用數(shù)據(jù)。
AXSIZE [2：0]指定突發(fā)的每個拍中有多少個字節(jié)。AXSIZE中的每個位代表另一次冪2，“ 000”代表每個節(jié)拍1個字節(jié)，“ 111”代表每個節(jié)拍最多128個字節(jié)。這些節(jié)拍的大小不能超過母線寬度。
AXburst[1：0]確定將執(zhí)行的突發(fā)類型。
AXI中有三種突發(fā)類型。他們是：

• 固定爆發(fā)

• 突發(fā)增加

• 包裝爆裂
  

在固定的脈沖串中，地址不會隨著每個節(jié)拍而改變。一個典型的應(yīng)用是FIFO隊列/緩沖區(qū)。
增量突發(fā)代表更典型的傳輸類型，其中在每個拍子之后，傳輸?shù)刂范紩f增。您可以將其視為與基址的偏移量。
最終的突發(fā)類型是包裝突發(fā)。包裝突發(fā)與增量突發(fā)類似，不同之處在于存在一個包裝邊界，其中地址一旦增加到該點，它就會纏繞到一個較低的地址。
圖5顯示了三種不同類型的AXI突發(fā)的簡化視圖。


圖5.AXI突發(fā)類型

AXI互連

AXI互連允許多個主機(jī)和/或多個從機(jī)相互連接。AXI規(guī)范定義了主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)和互連以及從機(jī)和互連之間的接口。
實際上，互連包含連接到AXI主設(shè)備的從設(shè)備接口和連接到AXI從設(shè)備的主設(shè)備接口?；ミB中發(fā)生的事情（即，不同的主機(jī)如何與不同的從機(jī)通信）取決于實現(xiàn)方式?；ミB可以允許共享的地址總線，共享的數(shù)據(jù)總線都共享或不共享。
在下一篇文章中，我們將研究AXI互連，它們?nèi)绾喂ぷ饕约叭绾卧谠O(shè)計中使用它們。

結(jié)論

本文是對高級可擴(kuò)展接口（AXI）協(xié)議的基本介紹。我們查看了AMBA第三版中指定的舊版AXI。如前所述，您可以參考AMBA AXI協(xié)議v1.0（約一百頁），以更深入地了解AXI的第一個版本。隨著新版本的AXI（例如AXI4，AXI4-Lite和AXI4-Stream），AXI在AMBA版本4中看到了一些重大變化。
將來的AMBA文章將討論用于組件之間系統(tǒng)級緩存一致性的AXI4和ACE協(xié)議（AXI一致性擴(kuò)展）。AXI已成為現(xiàn)代SoC設(shè)計中廣泛使用的協(xié)議。在學(xué)習(xí)AXI時，更簡單的總線協(xié)議（如Avalon和Wishbone）將變得更加容易。