AXI-Stream 学习笔记

参考

https://wuzhikai.blog.csdn.net/article/details/121326701

https://zhuanlan.zhihu.com/p/152283168

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-Stream顾名思义是用来传输数据流的，如图像输入，高速AD等，这种数据流的处理一般是和DMA一并使用的。

AXI-Stream 接口

全局信号

ACLK和ARESETn信号，不必多说，时钟和复位信号

握手信号

TVALID和TREADY是握手信号，TVALID从master发到slave，TREADY反之。

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 主设备 “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。

数据流

TDATA代表数据流。主机发送给从机的信息（数据，空数据，位置数据），为BYTE的整数倍，是AXIS传输通道的主要载荷。

AXI4-Stream传输的数据流包含三种类型：data byte、position byte、null byte。

data byte是最有意义的数据；position byte作为占位符使用，可以用来表征date type 的相对位置，null byte不包含任何有用的信息。

数据流的结构可以有很多种：

• 仅data byte，不包含position byte和null byte
• data byte和 null byte混着传输
• position byte和 data byte混着传输
• 三者都混着传输

数据流修饰

TKEEP和TSTRB用于对数据流进行修饰，表示当前数据包中每个字节的数据流类型（即data byte、position byte、null byte）。

如总线上数据的字节数为n，如接口表中有TDATA[(8*n-1):0]，TKEEP[n-1:0]，TSTRB[n-1:0]，TKEEP和TSTRB的每一位对应修饰一个字节的数据，其关系如下表

如n = 4,TDATA = 0x0000FFFF,TKEEP = 2’b0011,TSTRB= 2’b0001。由于TKEEP和TSTRB高2位为0，那么TDATA的高阶2字节为null byte；由于TKEEP和TSTRB低2位为01,那么TDATA的低阶2字节为Position byte和data byte。

TLAST

在具有帧或者包概念的流式传输中，TLAST信号，用来表示一个包的结尾。例如发送大小为5字节的包，每次1字节，在发送第5个字节的时候，可以把TLAST信号拉高，来表示这个包发送完了。时序如下：

对于没有包或帧概念的数据流，TLAST的默认值是不确定的。则有以下选项：

• 设置TLAST低。这表明所有传输都在同一个数据包中
• 设置TLAST高。这表明所有传输都是单独的数据包
• 自动产生脉冲TLAST值。这个选项在固定数量的传输之后断言TLAST，例如在两次或16次传输之后

传输修饰类

​ 这三个信号通常是在多个AXI接口的组件构成拓扑结构时用于表征传输的源与目的：

• TID ：表示不同数据流的数据流标识符，指示数据来源
• DEST ：用于提供路由信息，指示数据目的地
• TUSER：AXI4协议留给用户自定义的数据，可用来表征额外的信息

总结

​ AXI4-Stream跟AXI4的区别在于AXI4-Stream没有地址接口，只有简单的发送与接收说法，减少了延时，允许无限制的数据突发传输规模。AXI4-Stream的核心思想在于流式处理数据。