AXI-Lite 学习笔记

AXI-Lite 学习笔记

参考

FPGA：AXI_Lite总线基础2-1]、第二节 AXI总线介绍、ZYNQ PL与PS交互专题_哔哩哔哩_bilibili AXI-Lite总线系列1 - 基础知识_哔哩哔哩_bilibili

AXI4 介绍

AXI4 是ARM公司提出的一种片内总线，描述了主从设备之间的数据传输方式。主要有AXI4_LITE、AXI4_FULL、AXI4_STREAM三种。

• AXI4_LITE：不支持突发传输，一般用于小数据量的IP初始化和嵌入式设备数据传输。
• AXI4_FULL：可称为AXI4，支持突发传输，突发长度为1~256。
• AXI4_STREAM：流数据，丢弃了地址项，用于高速数据传输。

AXI_LITE 基础知识

AXI4 中的主从关系

• 主机发起写请求，然后向从机写入数据；
• 主机发起读请求，然后从从机中读出数据；
• 主从机之间的数据传输都是由主机发起，从机是被动的，可以简单理解为主机是SOC，从机是外设。

握手机制 （Handshack）

使用VALID和READY信号作为控制信号来传输数据，只有VALID与READY同时为高的时候，才可以正常的发送数据，而通常情况下，VALID信号用来表示什么时候“地址、数据、和控制信号”是有效的，而READY信号则用来表示什么时候从设备准备好采集数据了

• VALID：发送端准备好了数据，开始请求接收端接收
• READY：接收端准备好了，可以接收发送端的数据
• INFOMATION：表示发送端请求所携带的数据，最终将传输到接收端

对于这三个信号，会存在以下三种情况：

• READY 信号先于VALID 信号高电平：T2 时刻READY 信号的拉高，代表从设备准备好采样了，但T2 时刻，VALID 未拉高，因此未进行采样，而T3 时刻，VALID 拉高了，完成握手，数据传输。

• VALID 和READY 信号在T2 时刻同时为高电平：数据有效的同时也可以进行采样，在T2 时刻的上升沿，采样到正确数据，握手正确，再往后二者都拉低，数据进行了正确传输。

• READY 信号晚于VALID 信号高电平：表明数据先正确，然后READY拉高表明可以进行采样，T3时刻进行了采样，完成握手，再往后二者信号都拉低，数据传输。

此外，协议规定，“VALID 信号一旦拉高，除非READY 信号拉高接收数据完成，不会主动变低”。

总结：只要主从机之间发生数据传输，就会发生“握手”过程。

Channel 通道

数据传输通过Channel 的概念来实现，Channel 包含握手机制，握手完成（即VALID、READY 信号同时为高）表示一次数据传输。

AXI_LITE 中有五个通道：读的地址、读的数据、写的地址、写的数据、写响应

可以看到特点为：读写分离，读无响应

AXI_LITE 信号组成

AXI_LITE数据传输所需要的信号主要有以下四类：

1. Clock，Reset
2. ADDRESS
3. DATA
4. 传输可靠性信号

AXI_LITE 信号端口

全局信号

读地址通道

• 地址的位宽一般根据存储的大小制定

读数据通道

• AXI_LITE 支持RDATA 位宽32bit or 64bit

写地址通道

• 地址的位宽一般根据存储的大小制定

写数据通道

• AXI_LITE 支持WDATA 位宽32bit or 64bit
• WSTRB表示写入的数据掩码，如下WSTRB为0011表示byte0 byte1 为有效的字节，byte3 byte2 为无效的字节，无效字节将不会写入。

写响应通道

BRESP 和 RRESP 信号

BRESP[1:0]RRESP[1:0]	Response
0b00	OKAY
0b01	EXOKAY	AXI_LITE 不支持
0b10	SLVERR	Slave Error
0b11	DECERR

AXI_LITE 读写过程

读操作

• 首先，读地址通道 (Read Address Channel) 从主设备 (Master) 发送到从设备 (Slave)，以便设置地址和部分控制信号。
• 然后，此地址的数据通过读数据通道 (Read data channel) 从从设备发送到主设备。

两个操作是有前后顺序的。

注意：而AXI4-Lite是不支持突发（burst）的，一次交互只有一次数据传输，上图是AXI_FULL的突发传输。

写操作

• 写地址通道：写地址通道 (Write Address Channel) 从主设备发送到从设备，以便设置地址和部分控制信号。
• 写数据通道：此地址的数据通过写数据通道 (Write data channel) 从主设备发射到从设备。
• 写响应通道：写入响应通过写响应通道 (Write Response Channel) 从从设备发送到主设备，以指示传输是否成功

注意：而AXI4-Lite是不支持突发（burst）的，一次交互只有一次数据传输，上图是AXI_FULL的突发传输。

三个操作是有三种时序情况的，主要是写地址和写数据的先后顺序：

1. 写地址比写数据先发送
2. 写地址比写数据晚发送
3. 写地址和写数据同时发送

一般常见第3种顺序模式