Avalon总线规范介绍(二).ppt

2019/9/8,嵌入式技术概述 Avalon总线规范介绍（二）,2019/9/8,2,Avalon总线规范介绍（二）,Avalon主端口传输 Avalon流水线传输 Avalon流控制传输,2019/9/8,3,Avalon主端口传输,Avalon主端口信号 主端口基本读传输 主端口基本写传输 主端口的等待周期、建立时间、保持时间属性,2019/9/8,4,Avalon主端口传输,Avalon主端口信号 主端口传输常用的信号： 1） waitrequest信号 2） address信号 2） readdata、writedata信号 3） read、write信号 4） byteenable信号 有无片选信号？,主端口输入信号 主端口服从waitrequest信号,主端口只提供与主端口数据宽度的字边界对齐的地址：如32位主端口只提供与4个字节边界对齐的地址：0x00，0x04，0x08 对字中的特定字节访问，采用byteenable信号,信号宽度必须是8、16、32、64、128、256、512、1024 同时使用，宽度必须相同,指示主端口何时开始新的读写传输 信号可以持续保持,指示大于8位的主端口访问的特定字节段,2019/9/8,5,32位主端口byteenable信号,Avalon主端口传输,Byteenable的每一位对应writedata的一个字节段,2019/9/8,6,Avalon主端口传输,Avalon主端口信号 主端口基本读传输 主端口基本写传输 主端口的等待周期、建立时间、保持时间属性,2019/9/8,7,Avalon主端口传输,主端口基本读传输 主端口基本读传输由主外设发起，从Avalon交换架构传输一个数据单元到主端口。传输在一个时钟周期内完成。,(A) 第一个周期在clk的上升沿开始。 (B) 主端口发出有效的address、byteenable和read信号。 (C) 在第一个周期内从Avalon交换架构返回有效的readdata (D) 主端口在下一个clk的上升沿捕获readdata，并且置所有输出无效。主端口的 读传输结束。另一次传输可在下一个周期开始。,waitrequest信号无效,2019/9/8,8,(A) 第一个周期在clk的上升沿开始。 (B) 主端口发出有效的address、byteenable和read信号。 (C) Avalon交换架构在下一个clk的上升沿置waitrequest有效。 (D) 主端口在clk的上升沿接受waitrequest。这个周期称为等待周期。 (E) 只要waitrequest有效，主端口保持其所有输出不变。 (F) Avalon交换架构返回有效的readdata。 (G) Avalon交换架构置waitrequest无效。 (H) 主端口在下一个clk的上升沿捕获readdata，并且置其所有的输出无效。读传输结束。 另一次传输可以在下一个周期开始。,具有等待周期的主端口读传输,Avalon交换架构利用 waitrequest信号暂停主端口,2019/9/8,9,Avalon主端口传输,Avalon主端口信号 主端口基本读传输 主端口基本写传输 主端口的等待周期、建立时间、保持时间属性,2019/9/8,10,Avalon主端口传输,主端口基本写传输 主端口基本写传输由Avalon主外设发起，传输需要一个时钟周期。 注意：clk信号的方向,2019/9/8,11,(A) 写传输在clk的上升沿开始。 (B) 主端口发出有效的address、byteenable、writedata和write信号。 (C) 在clk的上升沿waitrequest是无效的，所以写传输结束。另一次传输 可以在下一个周期接着开始。,主端口基本写传输,waitrequest信号无效,2019/9/8,12,(A) 第一个周期在clk的上升沿开始。 (B) 主端口发出有效的address、writedata和write信号。 (C) waitrequest在clk的上升沿被置为有效，所以该周期变成第一个等待周期。主端口保持所有的输出不变。 (D) waitrequest在clk的上升沿再次被置为有效，所以该周期成为第二个等待周期。主端口保持所有的输出不变。 (E) Avalon交换架构置waitrequest无效。 (F) 在clk的上升沿waitrequest 是无效的，所以主端口置所有的输出无效，写传输结束。另一个读或写传输可以在下一个周期开始。,具有等待周期的主端口写传输,Avalon交换架构利用 waitrequest信号暂停主端口,2019/9/8,13,Avalon主端口传输,Avalon主端口信号 主端口基本读传输 主端口基本写传输 主端口的等待周期、建立时间、保持时间属性,2019/9/8,14,Avalon主端口传输,主端口的等待周期、建立时间、保持时间属性 等待周期：Avalon主端口使用waitrequest信号接受Avalon交 换架构的不确定等待周期。Avalon主端口被动地支 持可变的等待周期，主端口不支持固定的等待周期 建立时间和保持时间：Avalon主端口不使用建立和保持时间 属性。 若一个目标从外设有建立和/或保持时间属性， Avalon交换架构管理该主从端口对的信号时序的转 换。,2019/9/8,15,Avalon总线规范介绍（二）,Avalon主端口传输 Avalon流水线传输 Avalon流控制传输,2019/9/8,16,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 Avalon流水线传输可增加Avalon总线的带宽: 1) 传输响应方：第一次访问时需要几个周期才能返回数据，但此后每个周期都能返回数据； 2) 传输发起方：一个端口可以在上一次传输的readdata返回之前，开始新的传输。,Avalon流水线传输只涉及流水线读传输,2019/9/8,17,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 传输阶段划分与各阶段的持续时间 地址阶段：决定了端口的吞吐量，用等待周期描述 数据阶段：反映了第一个数据单元返回的时间，用 流水线延迟描述,2019/9/8,18,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 从端口流水线读传输 主端口流水线读传输,具有固定延迟的从端口流水线读传输,具有可变延迟的从端口流水线读传输,2019/9/8,19,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 从端口流水线读传输 主端口流水线读传输,具有固定延迟的从端口流水线读传输,具有可变延迟的从端口流水线读传输,2019/9/8,20,(A) Avalon交换架构通过提供新传输的地址阶段的chipselect、read和address信号，发起一次读传输。 (B) 从端口置waitrequest有效，Avalon交换架构保持chipselect、read和 address不变。 (C) 从端口在clk的上升沿置waitrequest无效，捕获address。地址阶段结束，数据阶段开始。 (D) 第一个延迟周期在clk的上升沿结束。 (E) 第二个延迟周期在clk的上升沿结束。从端口提供有效的readdata，传输结束。这个clk的上升沿也标志着新的读传输的开始。 (F) Avalon交换架构发出新传输的address、read和chipselect信号。 (G) Avalon交换架构在下一个周期内，在前一次的传输的数据返回之前发起另一次的读传输。 (H) Avalon交换架构在两个延迟周期之后捕获readdata。 (I) Avalon交换架构在两个延迟周期之后捕获readdata 。,等待周期：支持固定等待周期或可变等待周期，可变等待周期通过waitrequest信号实现,流水线延迟：设置固定的延迟周期数,2019/9/8,21,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 从端口流水线读传输 主端口流水线读传输,具有固定延迟的从端口流水线读传输,具有可变延迟的从端口流水线读传输,2019/9/8,22,(A) Avalon交换架构发出address、read和chipselect信号，发起一个读传输。 (B) Waitrequest无效，在此clk的上升沿捕获address1。 (C) Waitrequest无效，在此clk的上升沿捕获address2。 (D) 从端口已达到允许挂起的传输数的最大值。从外设在下一个clk的上升沿之前置waitrequest有效，使Avalon交换架构不能继续发出address、read和chipselect信号。 (E) 外设驱动有效的readdata (data1)并置readdatavalid有效，完成第一个挂起的传输的数据阶段。外设置waitrequest无效，因为它能在下一个clk的上升沿接受另一次挂起的传输。 (F) Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data1。从外设在clk的上升沿捕获address3。 (G) readdatavalid有效，Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data2。Avalon交换架构发出address、read和chipselect，外设捕获address4。 (H) readdatavalid有效，Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data3。Avalon交换架构发出address、read,和chipselect，外设捕获address5。 (I) readdatavalid有效，Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data4 。Avalon交换架构置chipselect无效，结束传输的队列。 (J) readdatavalid无效，Avalon交换架构在此clk的上升沿不捕获数据。 (K) Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data5 ，完成最后的挂起的读传输的数据阶段。,数据阶段的可变延迟通过readdatavalid信号实现,具有可变延迟的从端口流水线读传输：地址阶段不支持固定等待周期，只支持可变等待周期 其他限制： 不能使用建立时间和保持时间属性 不能使用三态属性,2019/9/8,23,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 需注意的两个问题： 1）流水线从端口只能处理有限数量的挂起传输，可挂起传输根据从端口的传输FIFO容量设置，从端口可通过发送waitrequest信号来暂停新的传输，以防止数据溢出； 2）从外设在处理挂起的读传输的同时，Avalon交换架构可以发起从端口写传输，若外设不能处理，必须发出waitrequest信号；若从外设接受了向挂起的读传输的相同地址执行的写传输，则挂起的读传输的值取决于外设的逻辑设计。,2019/9/8,24,Avalon流水线传输,Avalon流水线传输 从端口流水线读传输 主端口流水线读传输,具有固定延迟的从端口流水线读传输,具有可变延迟的从端口流水线读传输,2019/9/8,25,(A) 主端口提供新传输地址阶段的address和read信号发起一次读传输 (B) Avalon交换架构置waitrequest有效，主端口等待，保持address和read一个周期。 (C) Avalon交换架构置waitrequest无效，在clk的上升沿捕获address。readdatavalid无效，主端口不捕获readdata。 (D) Avalon交换架构在clk的上升沿捕获一个新的address。readdatavalid 无效，主端口不捕获readdata。 (E) Avalon交换架构在clk的上升沿捕获address 。readdatavalid 有效，主端口捕获有效的readdata 。 (F) readdatavalid无效，主端口不捕获readdata。 (G) readdatavalid无效，主端口不捕获readdata。 (H) readdatavalid有效，主端口捕获有效的readdata 。 (I) 主端口提供新传输的address和read信号。同时置flush信号，忽略不需要的挂起传输 (J) readdatavalid无效，主端口不捕获readdata。因主端口发出flush信号，导致Avalon交换架构清空所有的挂起的传输 。Avalon交换架构捕获新的address。 (K) readdatavalid有效， 主端口捕获有效的readdata。此时没有挂起的传输。,Avalon交换架构发出waitrequest信号暂停主端口新的读传输,Avalon交换架构通过datavalid信号指示有效数据准备好,主端口通过flush信号忽略挂起的读传输，清除流水线，直到新的读传输之前datavalid一直无效,2019/9/8,26,Avalon总线规范介绍（二）,Avalon主端口传输 Avalon流水线传输 Avalon流控制传输,2019/9/8,27,Avalon流控制传输,流控制传输的好处 简化逻辑设计：主端口不用重复地查询从端口以确 定从端口是否准备好传输 减少带宽开销：从端口传输只在从端口准备就绪才 开始 允许从端口控制与非智能主端口通信的数据流：非智能主端口无条件地、连续不断地发起传输,流控制的限制： 1）主从端口对的两个端口都必须使用流控制 2）流控制不能用于Avalon三态端口,2019/9/8,28,Avalon流控制传输,具有流控制的从端口传输（读传输、写传输） 具有流控制的主端口传输（读传输、写传输）,2019/9/8,29,Avalon流控制传输,具有流控制的从端口传输 从端口流控制信号： readyfordata：从端口发送，准备好接受写传输 dataavailable：从端口发送，准备好提供数据给读传输 endofpacket：从端口发送，该信号的解释由外设设计决定,从端口没有准备好，Avalon架构强迫主端口等待,2019/9/8,30,Avalon流控制传输,具有流控制的从端口读传输 使用信号：dataavailable、endofpacket dataavailable有效时，来自具有流控制的主端口的一次新传输可以在下一个clk的上升沿开始。从端口只可以在读传输结束时置dataavailable无效，该信号立即对随后的连续传输生效。 若从端口使用endofpacket信号，必须保证在发出有效的readdata的同一个时钟上升沿endofpacket信号有效,2019/9/8,31,(A) 传输在clk的上升沿开始。 (B) Avalon交换架构发出address和read信号。 (C) Avalon交换架构对地址译码，并发出chipselect信号。 (D) 从端口发出有效的readdata。Avalon交换架构在clk的上升沿捕获readdata 。 (E) 对于chipselect和read有效的每一个周期，从端口产生有效的readdata。 (F) 从端口发出endofpacket 和有效的readdata。 从端口也置dataavailable无效，强迫Avalon交换架构延迟接下来的来自主端口的具有流控制的读传输。 (G) Avalon交换架构置address、read和chipselect无效以响应dataavailable。 (H) 一段时间之后，从端口置dataavailable有效。 (I) 响应dataavailable，并且主端口仍在等待传输数据，Avalon交换架构开始一次新传输，重新发出address、read和chipselect。 (J) Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data4。 (K) 从端口在chipselect和read有效的每一个周期发出有效的readdata。 (L) Avalon交换架构置read和chipselect无效，结束传输队列。 (M) dataavailable保持有效，意味着Avalon交换架构在任何时候都可以开始另一次读传输。,Dataavailable有效情况下传输队列结束，表明是主端口而不是从端口结束了传输队列,具有流控制的从端口读传输,2019/9/8,32,Avalon流控制传输,具有流控制的从端口写传输 使用信号：readyfordata、endofpacket readyfordata有效时，来自具有流控制的主端口的一次新传输可以在下一个clk的上升沿开始。在写传输结束时，从端口必须将readyfordata由高电平置为低电平，该信号立即对随后的传输生效。 若从端口使用endofpacket信号，必须保证在捕获writedata的同一个时钟上升沿endofpacket信号有效,2019/9/8,33,具有流控制的从端口写传输,(A) 在clk的上升沿传输开始。 (B) Avalon交换架构发出address、write和writedata。 (C) Avalon交换架构 对地址译码，然后发出chipselect信号。 (D) 从端口在当前传输的最后(一个clk的上升沿之前)置endofpacket有效。 (E) 从端口在clk的上升沿捕获writedata 。Avalon交换架构捕获endofpacket。 (F) 对chipselect和write有效的每个周期，Avalon交换架构产生有效的writedata，从端口在clk的上升沿捕获writedata。 (G) 对chipselect和write有效的每个周期，Avalon交换架构产生有效的writedata，从端口在clk的上升沿捕获writedata。 (H) 从端口置readyfordata无效，强迫Avalon交换架构延迟随后的来自主端口的写操作。Avalon交换架构置address、write、chipselect和writedata无效以响应readyfordata。 (I) 一段时间之后，从端口再次置readyfordata有效。 (J) 为响应readyfordata，并且主端口仍在等待传输数据，Avalon交换架构通过重新发出address、write、chipselect和writedata信号来开始另一次传输。 (K) 当write和chipselect有效时，从端口在clk的上升沿捕获writedata (L) 当write和chipselect有效时，从端口在clk的上升沿捕获writedata。 (M) Avalon交换架构置write和chipselect无效，结束传输的队列。,Readyfordata信号的无效立即影响了Avalon交换架构,Readyfordata有效情况下传输队列结束，表明是主端口而不是从端口结束了传输队列,2019/9/8,34,Avalon流控制传输,具有流控制的从端口传输（读传输、写传输） 具有流控制的主端口传输（读传输、写传输）,2019/9/8,35,Avalon流控制传输,具有流控制的