AMBA协议规范市公开课一等奖省赛课获奖课件

1独立地址/控制和数据阶段。使用字节选通，支持非对齐数据传输。只有开始地址猝发交易。独立读和写数据通道，能够使能低成本直接存放器访问DMA传输。能发出多个未解析地址。完成无序交易。轻易添加存放器切片，满足时序收敛要求。AXI协议关键特征表现在以下几个方面：AMBA协议规范

---AMBAAX14协议AMBA协议规范第1页2

提供了更高生产率，主要表达在以下几个方面：将不一样接口整合到一个接口（AXI4）中，所以用户仅需了解单个系列接口。简化了不一样领域IP集成，并使本身或第三方IP开发工作更简单易行。因为AXI4IP已为实现最高性能、最大吞吐量以及最低时延进行了优化，从而深入简化了设计工作；AXI协议较其它协议提供了下面优势：AMBA协议规范

--AMBAAX14协议AMBA协议规范第2页3提供了更大灵活性，主要表达在以下几个方面：支持嵌入式、DSP及逻辑版本用户。调整互连机制，满足系统要求：性能、面积及功耗。帮助设计者在目标市场中构建最具号召力产品。AMBA协议规范

--AMBAAX14协议AMBA协议规范第3页4提供了广泛IP可用性第三方IP和EDA厂商普遍采取AXI4标准，从而使该接口取得更广泛应用。基于AXI4目标设计平台可加速嵌入式处理、DSP以及连接功效设计开发。AMBA协议规范

--AMBAAX14协议AMBA协议规范第4页5

AXI4协议基于猝发式传输机制。在地址通道上，每个交易有地址和控制信息，这些信息描述了需要传输数据性质。在主设备和从设备之间传输数据，分别使用到从设备写数据通道和到主设备读数据通道。在主设备到从设备写数据交易中，AXI有一个额外写响应通道。从设备经过写响应通道向主设备发出信号表示写交易完成。AMBAAX14协议--AMBAAXI4功效AMBA协议规范第5页6全部AXI4包含了5个不一样通道读地址通道（Readaddresschannel,AR）。写地址通道(Writeaddresschannel,AW)。读数据通道(Readdatachannel,R)。写数据通道(Writedatachannel,W)。写响应通道(Writeresponsechannel,B)。AMBAAX14协议--AMBAAXI4功效AMBA协议规范第6页7AXI4使用读地址和读数据通道读交易过程AMBA协议规范

--AMBAAX14协议AMBA协议规范第7页AMBA协议规范

--AMBAAX14协议AXI4使用写地址、写数据通道和写响应通道写交易过程。8AMBA协议规范第8页9信号源描述ACLK时钟源全局时钟信号。全部信号在全局时钟上升沿采样。ARESETn复位源全局复位信号。该信号低有效。

AMBAAX14协议--AXI4全局信号AMBA协议规范第9页10AXI4低功耗接口信号信号源描述CSYSREQ时钟控制器系统低功耗请求。这个信号来自系统时钟控制器，使外设进入低功耗状态。CSYSACK外设低功耗请求响应信号。这个信号来自系统低功耗请求外设响应信号。CACTIVE外设时钟活动。该信号表示外设是否要求它时钟信号。1=要求外设时钟。AMBAAX14协议--低功耗接口信号AMBA协议规范第10页11读和写交易有各自地址通道。地址通道上给出交易所要求地址和控制信息。AXI4读和写地址通道包含下面机制：可变长度猝发操作，每次猝发操作包含1-256数据。提供服务质量（QoS）信号。支持多个区域接口。猝发传输不能超出4k边界。回卷、递增和非递增猝发。使用互斥和锁原子操作。系统级缓存和缓冲控制。安全和特权访问。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第11页12读和写地址通道

读和写交易有各自地址通道。地址通道加载交易全部要求地址和控制信息。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第12页13写地址通道信号及其信号定义信号名源描述AWID[3：0]主写地址ID。这个信号用于写地址信号组标识。AWADDR[31:0]主写地址。写地址信号给出写猝发交易第一个传输地址。相关控制信号线用于确定猝发中剩下传输地址。AWLEN[7:0]主猝发长度。给出猝发中准确传输个数。该信息给出了和地址相关数据传输个数。AWSIZE[2:0]主猝发大小。这个信号确定猝发中每个传输大小。字节通道选通用来说明需要更新字节通道。AWBURST[1:0]主猝发类型。该信息与传输大小信息一起，表示在猝发过程中，地址怎样用于每个传输。AWLOCK主锁类型。这个信号提供了关于传输原子特征额外信息（普通或互斥访问）AWCACHE[3:0]主缓存类型。这个信号表示可缓冲、可缓存、写经过、写回和分配交易属性。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第13页14信号名 源描述AWPROT[2:0]主保护类型。这个信号表示交易普通、特权、或安全保护级，以及交易是数据访问还是指令访问。AWVALID主写地址有效。这个信号表示写地址有效和控制信息是可用。该信号一直保持有效，直到响应信号AWREADY为高。AWREADY从写地址准备。这个信号表示从设备准备接收地址和相关控制信号。AWQOS[3:0]主用于每个写交易地址通道上4位QoS标识符（可作为优先级标志）。AWREGION[3:0]主用于每个写交易地址通道上域标识符。写地址通道信号及其信号定义AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第14页15信号名源描述ARID[3：0]主读地址ID。这个信号用于读地址信号组标识。ARADDR[31:0]主读地址。读地址信号给出读猝发交易第一个传输地址。只提供猝发开始地址和给出控制信号，详细描述了在猝发剩下传输中怎样计算地址。ARLEN[7:0]主猝发长度。给出猝发中准确传输个数。该信息给出了和地址相关数据传输数量。ARSIZE[2:0]主猝发大小。这个信号确定猝发中每个传输大小。字节通道选通用来指示需要更新字节通道。ARBURST[1:0]主猝发类型。该信息与大小信息一起，用于在猝发过程中，地址怎样用于每个传输。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号写地址通道信号及其信号定义AMBA协议规范第15页16信号源描述ARLOCK主锁类型。这个信号提供了关于传输原子特征额外信息（普通或互斥访问）。ARCACHE[3:0]主缓存类型。这个信号提供可缓存传输属性。ARPROT[2:0]主保护类型。这个信号提供用于传输保护单元信息。ARVALID主读地址有效。这个信号表示读地址有效和控制信息是可用。该信号一直保持有效，直到响应信号ARREADY为高。ARREADY从读地址准备。这个信号表示从设备准备接收地址和相关控制信号。ARQOS[3:0]主用于每个读交易地址通道上4位QoS标识符（可作为优先级标志）。ARREGION[3:0]主用于每个读交易地址通道上域标识符。读地址通道信号及其信号定义AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第16页17读数据通道读数据通道传送全部来自从设备到主设备读数据及读对应信息。读数据通道包含：数据总线宽度：8、16、32、64、128、256、512和1024位宽度。读响应表示读交易完成状态。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第17页18读数据通道信号及其信号定义信号名源描述RID[3:0]从读ID标识。这个信号是读数据信号组标识。由从设备产生RID，RID必须和读交易中ARID值匹配。RDATA[31:0]从读数据。读数据总线能够是8、16、32、64、128、256、512或者1024位宽度。RRESP[1:0]从读响应。这个信号表示读传输状态。允许响应为OKAY、EXOKAY、SLVERR和DECERR。RLAST从读最终一个。表示读猝发中最终一个传输。RVALID从读有效。这个信号表示所要求读数据是可用，能完成读传输。RREADY主读准备。这个信号表示主设备能接收读数据和响应信息。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第18页19写数据通道写数据通道传送全部从主设备到从设备写数据。写数据通道包含：数据总线宽度：8、16、32、64、128、256、512和1024位宽度。每8位有一个字节通道选通，用来表示数据总线上哪个字节是有效。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第19页20写数据通道信号及其信号定义信号名源描述WDATA[31:0]主写数据。写数据总线能够是8、16、32、64、128、256、512或者1024位宽度。WSTRB[3:0]主写选通。用于表示更新存放器字节通道。对应数据总线每8位，有一个写选通。WLAST主写最终一个。表示写猝发中最终一个传输。WVALID主写有效。这个信号表示所要求写有效数据和选通是可用。WREADY从写准备。这个信号表示从设备能接收写数据。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第20页21写响应通道

写响应通道提供了一个方法，用于从设备响应写交易。全部写信号使用完成信号。每个响应用于一次猝发完成，而不是用于每个交易数据。读交易和写交易能够经过下面交易例子进行说明：读猝发交易。重合猝发交易。写猝发交易。AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第21页22信号名源描述BID[3:0]从响应ID。写响应识别标识。BID值必须匹配写交易AWID值。BRESP[1:0]从写响应。这个信号表示写交易状态。可允许响应为OKAY、EXOKAY、SLVERR和DECERR。.BVALID从写响应有效。这个信号表示所要求有效写响应是可用。BREADY主响应准备。这个信号表示主设备能够接收响应信息。写响应通道信号及信号定义AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第22页23读猝发交易过程中经典信号交互过程AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第23页24写猝发交易过程中经典信号交互过程AMBAAX14协议--AXI4通道及信号AMBA协议规范第24页25为了防止死锁条件，必须考虑握手信号之间存在依赖关系。在任何交易中：AXI互联中VALID信号不依赖于交易中其它元件READY信号。READY信号能等候VALID信号确实认。AXI4通道及信号--AXI4交易通道握手信号关系AMBA协议规范第25页26

读交易中握手之间依赖关系在确认ARREADY信号前，从设备能等候确认ARVALID信号。在从设备经过确认RVALID信号开始返回数据前，必须等候确认全部ARVALID和ARREADY信号。AXI4通道及信号--AXI4交易通道握手信号关系AMBA协议规范第26页27AXI4写交易握手信号关系AXI4通道及信号--AXI4交易通道握手信号关系AMBA协议规范第27页28在确认AWVALID和WVALID信号前，主设备不需要等候从设备确认AWREADY或者WREADY信号。在确认AWREADY前，从设备能等候AWVALID或WVALID信号，或者全部这两个信号。在确认WREADY前，从设备能等候AWVALID或WVALID信号，或者全部这两个信号。AXI4通道及信号--AXI4交易通道握手信号关系AMBA协议规范第28页29从设备在确认BVALID前，从设备必须等候确认全部AWVALID和AWREADY信号。在确认BVALID前，从设备不需要等候主设备确认BREADY信号。在确认BREADY前，主设备能等候BVALID信号。AXI4通道及信号--AXI4交易通道握手信号关系AMBA协议规范第29页30AXI协议中定义了三种猝发类型：固定猝发（Fixedburst）。递增猝发（Incrementingburst）。回卷猝发（Wrappingburst）。

AXI4猝发类型AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第30页31猝发类型编码ARBURST[1:0]AWBURST[1:0]猝发类型描述访问00固定固定地址猝发FIFO类型01递增递增地址猝发通常次序存放器10回卷递增地址猝发，不过在边界时，返回到低地址。高速缓存行11保留--AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第31页32对于回卷式猝发方式，有两个限制：开始地址必须对齐传输大小。猝发长度必须是2，4，8或16。猝发操作限制大于16拍猝发传输只支持递增类型。回卷和固定类型只限于小于16拍猝发传输。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第32页33计算过程中，所需要使用一些术语：Start_Address:主设备给出开始地址。Number_Bytes:每次数据传输过程中最大字节个数。Data_Bus_Bytes:数据总线上字节通道个数。Aligned_Address:开始地址对齐版本。Burst_Length:在一个猝发中数据传输总个数。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第33页34Address_N:在一个猝发中传输N个地址。Wrap_Boundary:在一个回卷猝发方式低地址。Lower_Byte_Lane:一个传输最低寻址字节字节通道。Upper_Byte_Lane:一个传输中最高寻址字节字节通道。INT(x):x取整操作。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第34页35赋值操作Start_Address=ADDR。Number_Bytes=2SIZE。Burst_Length=LEN+1。Aligned_Address=(INT(Start_Address/Number_Byte))×Number_Bytes。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第35页36在一个猝发中，第一个传输地址表示为：Address_1=Start_Address。在一个猝发中，传输N个数据后地址表示为：Address_N=Aligned_Address+（N-1）×Number_Bytes。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第36页37在一个猝发中，第一个传输地址表示为：Address_1=Start_Address。对于WARP猝发方式，其边界由下式确定为：Wrap_Boundary=(Int(Start_Address/(Number_BytesxBurst_Length)))×(Number_BytesxBurst_Length)。假如Address_N=Wrap_Boundary+(Number_BytesxBurst_Length)，则使用这个等式：Address_N=Wrap_AddressAMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第37页38使用下面等式确定第一个传输中使用哪个字节通道：Lower_Byte_Lane=Start_Address-(INT(Start_Address/Data_Bus_Bytes))×Data_Bus_BytesUpper_Byte_Lane=Aligned_Address+(Number_Bytes-1)-(INT(Start_Address/Data_Bus_Bytes))×Data_Bus_Bytes。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第38页39在一个猝发中，第一个传输地址表示为：Lower_Byte_Lane=Address_N–(INT(Address_N/Data_Bus_Bytes))Data_Bus_Bytes。Upper_Byte_Lane=Lower_Byte_Lane+Number_Bytes–1。传输数据范围在：DATA[(8×Upper_Byte_Lane)+7:(8xLower_Byte_Lane)]。AMBAAX14协议--AXI4猝发类型及地址计算AMBA协议规范第39页40AWCACHE[3:2]和ARCACHE[3:2]

AWCACHE[2]和ARCACHE[2]为读分配位。

AWCACHE[3]和ARCACHE[3]为写分配位。

对于读交易，写分配位表示：因为一个写交易，位置能预先在高速缓存中进行分配；因为其它主设备行为，位置能预先在高速缓存中进行分配；AMBAAX14协议--AWCACHE和ARCACHE属性AMBA协议规范第40页41对于写交易，读分配位表示：因为一个读交易，位置能预先在高速缓存中进行分配；因为其它主设备行为，位置能预先在高速缓存中进行分配；AMBAAX14协议--AWCACHE和ARCACHE属性AWCACHE[1]和ARCACHE[1]在AXI4中表示可修改位。该位为1时，表示交易是可修改，不然交易时不可修改。AMBA协议规范第41页42不可修改交易不能分割成多个交易或者与其它交易合并。交易不可修改时，下面参数是不可修改：传输地址（AWADDR,ARADDR,AWREGION,ARREGION）。猝发大小（AWSIZE,ARSIZE）。猝发长度（AWLEN,ARLEN）。猝发类型（AWBURST.ARBURST）。锁类型（AWLOCK,ARLOCK）。保护类型（AWPROT，ARPROT）。AWCACHE和ARCACHE属性--不可修改交易AMBA协议规范第42页43不可修改交易中，交易ID和QoS值是可修改。对于猝发长度大于16不可修改交易，允许分割成多个交易。每个产生交易都满足上面要求，但降低猝发长度，所产生猝发地址也对应修改。AWCACHE和ARCACHE属性--不可修改交易AMBA协议规范第43页44可修改交易能够经过下面方法进行操作：交易能分割成多个交易。多个交易能合并成一个交易。读交易能取出比要求多数据。写交易能访问比要求更大地址范围，使用写选通信号来确保只更新合理位置。AWCACHE和ARCACHE属性--可修改交易AMBA协议规范第44页45能够修改每个产生交易：传输地址（AWADDR、ARADDR）。猝发大小（AWSIZE、ARSIZE）。猝发长度（AWLEN、ARLEN）。猝发类型（AWBURST、ARBURST）。

不过，不能修改锁类型（AWLOCK、ARLOCK）和保护类型（AWPROT、ARPROT）。AWCACHE和ARCACHE属性--可修改交易AMBA协议规范第45页46AWCACHE[0]和ARCACHE[0]AWCACHE[0]和ARCACHE[0]表示可缓冲。

ARCACHE[0]表示读数据由终端设备发出或者由所写目标设备发出。当为低时，AWCACHE[0]表示写响应由终端设备发出，不然能够由中间设备发出。AMBAAX14协议--AWCACHE和ARCACHE属性AMBA协议规范第46页47通常情况下，不推荐使用用户信号。

因为，在AXI4协议中没有定义它们功效，这么两个元件在不兼容行为下使用相同用户信号，可能造成互操作性问题。下面给出每个AXI4通道用户信号名字：AWUSER：写地址通道用户信号。ARUSER：地址通道用户信号。WUSER：写数据通道用户信号。RUSER：读数据通道用户信号。BUSER：写响应通道用户信号。AMBAAX14协议--AMBA用户信号AMBA协议规范第47页48

当实现用户信号时，并不要求全部通道支持用户信号。另外，不希望在一个通用主设备和从设备元件接口支持用户信号。推荐，包含支持用户信号互联元件允许这些信号在主设备和从设备之间进行传递。用户信号宽度在实现时定义，在每个通道宽度能够不一样。AMBAAX14协议--AMBA用户信号AMBA协议规范第48页49直通模式。只转换模式。N-1互联模式。1-N互联模式。N-M互联模式。其互联结构模型包含:AMBA协议规范

---AMBAAXI4互联结构AMBA协议规范第49页50主设备0从设备0互联AMBAAXI4互联结构--直通模式

当只有一个主设备和一个从设备和AXI互联时，AXI互联不执行任何转换或流水线功效，AXI互联结构退化成直接线连接。在这种模式下，没有延迟存在，同时不消耗逻辑资源。AMBA协议规范第50页51主设备0转换/流水从设备0互联AMBAAXI4互联结构--只转换模式AMBA协议规范第51页52

连接一个主设备和一个从设备时，AXI互联能执行不一样转换和流水线功效。这些功效主要包含：数据宽度转换；时钟速率转化；AXI4-Lite从适应；AXI-3从适应；流水线（比如一个存放器Slice或者数据通道FIFO）。在只转换模式下，AXI互联不包含仲裁、解码或布线逻辑，但是可能产生延迟。AMBAAXI4互联结构--只转换模式AMBA协议规范第52页AMBAAXI4互联结构

--N-1互连模式53AMBA协议规范第53页AMBAAXI4互联结构

--N-1互连模式54AXI互联一个普通退化配置模式是，多个主设备访问一个从设备。

经典，一个存放器控制器，很显然需要仲裁逻辑。这种情况下，AXI互联不需要地址译码逻辑（除非需要确认地址有效范围）。在这个配置中，也执行数据宽度和时钟速率转换。AMBA协议规范第54页55互联主设备0从设备0从设备1AMBAAXI4互联结构--1-N互连模式AMBA协议规范第55页56

另一个AXI互联退化结构是，一个主设备，经典处理器，访问多个存放器映射从外设。在这种模式下，AXI互联不执行仲裁(在地址和写数据通道)。AMBAAXI4互联结构--1-N互连模式AMBA协议规范第56页57

AXI互联提供了一个共享地址多数据流（SAMD）拓扑结构，这种结构中包含稀疏数据交叉开关连接、单线程写和读地址仲裁。AMBAAXI4互联结构--N-M互连模式AMBA协议规范第57页58AMBAAXI4互联结构--N-M互连模式共享写和读地址仲裁N-MAXI互联结构AMBA协议规范第58页59AMBAAXI4互联结构--N-M互连模式稀疏互联开关写和读数据通路AMBA协议规范第59页60AXI4-Lite接口是AXI4接口子集，专用于和元件内控制存放器进行通信。AXI4-Lite允许构建简单元件接口。这个接口规模是较小，对设计和验证方面要求更少。AMBA协议规范

---AX14-Lite功效AMBA协议规范第60页61AXI4-Lite接口关键特征包含：全部交易猝发长度为1。全部访问数据大小和数据总线宽度相同。支持数据总线宽度为32位或64位（要求64位原子访问）。全部访问相当于AWCACHE和ARCACHE等于b0000(非缓冲和非缓存)。不支持互斥性操作。AMBA协议规范

---AX14-Lite功效AMBA协议规范第61页62AXI4-Lite接口信号全局写地址通道写数据通道写响应通道读地址通道读数据通道ACLKAWVAILDWVALIDBVALIDARVALIDRVALIDARESETnAWREADYWREADYBREADYARREADYRREADY-AWADDRWDATABRESPARADDRRDATA-AWPROTWSTRB-ARPROTPRRESPAMBA协议规范

---AX14-Lite功效AMBA协议规范第62页63AXI4-Lite

支持多个未完成交易。不过，经过合理使用握手信号，一个所设计从设备允许对这种交易进行限制。

在AXI-Lite中不支持AXIIDs。这个定义要求了全部交易必须是次序，全部交易必须使用一个单独固定ID值。从设备可选择支持AXIID信号。这么，允许使用从设备是全AXI接口，而不需要对接口进行修改。AMBA协议规范

--AX14-Lite功效AMBA协议规范第63页64AXI4-Lite支持写选通这么允许实现多个不一样大小存放器，也允许实现能够使用字节和半字访问进行写操作存放器结构。

全部主接口和互联必须提供正确写选通信号。全部从设备元件能够选择是否使用写选通信号。

对于提供类似存放器行为从设备元件必须充分支持写选通。AMBA协议规范

---AX14-Lite功效AMBA协议规范第64页65AXI和AXI4-Lite互通性主设备从设备互通性AXIAXI充分。AXI-LiteAXI-Lite充分。AXIAXI-Lite要求反应AXIID，可能要求转换。AXI-LiteAXI充分。AMBA协议规范

--AX14-Lite功效AMBA协议规范第65页66上表给出了AXI和AXI4-Lite互通性。只有主设备是AXI和从设备是AXI-Lite情况需要特殊考虑。这种情况要求反应ID，使用和地址交易相关AXIID。

然后，随读数据或者写响应返回相同ID号。这是因为主设备需要返回ID来正确识别交易响应。AMBA协议规范

--AX14-Lite功效AMBA协议规范第66页67支持很多不一样流类型。流协议在传输和包之间定义了联络。AXI-Stream信号列表信号源描述ACLK时钟源全局时钟信号。全部信号在ACLK信号上升沿采样。ARESETn复位源全局复位信号，ARESETn低有效。TVALID主TVALID表明主设备正在驱动一个有效传输。当确认TVALID和TREADY信号后，发生一个传输。TREADY从TREADY表明在当前周期能接收一个传输。TDATA[(8n-1):0]主TDATA是基本有效载荷，用来提供跨越接口数据。数据为整数个字节。AMBA协议规范

--AXI-Stream接口AMBA协议规范第67页68TSTRB[(n-1):0]主TSTRB为字节修饰符，用来描述TDATA相关字节内容作为一个数字字节或者一个位置字节被处理。TKEEP[(n-1):0]主TKEEP是字节修饰符，用来表明TDATA相关字节内容是否作为数据流一部分被处理。TKEEP字节修饰符未被确认那些相关字