第4章 Avalon总线规范介绍(三)

Avalon总线规范介绍（三）2023/1/31Avalon总线规范介绍（三）

Avalon三态传输Avalon突发传输Avalon中断与复位Avalon地址对齐2023/1/312Avalon三态传输

Avalon三态传输的主要用途

1） 三态传输允许Avalon系统与片外标准总线接口设 备直接相连，如存储器芯片、外部处理器等。

2） Avalon三态从端口允许Avalon交换架构和片外的 共享PCB板上的地址和数据总线的设备相连，各 个三态从端口可以共享地址和数据总线。2023/1/313Avalon三态传输三态从端口传输三态主端口传输2023/1/314Avalon三态传输

三态从端口传输

传输属性限制2023/1/315不支持可变延迟的流水线传输不支持流控制传输不支持突发传输Avalon三态传输

三态从端口传输 相关信号：

1） data 2） address 3） outputenable、read 4） write_n、writebyteenable 5） chipselect信号、chipselect-through-read-latency属 性

2023/1/316Data是双向的，写传输Avalon交换架构驱动data,读传输从外设驱动data；Avalon交换架构置outputenable信号有效：三态从端口可以驱动其data信号线；Avalon交换架构置outputenable无效：三态从端口必须将其data信号线置为高阻状态，以防止总线竞争冲突三态从端口的address信号使用字节地址，这是和非三态从端口不同的地方，非三态从端口使用字地址。若Avalon三态从端口数据宽度大于一个字节，那么需注意Avalon交换架构的地址信号与从设备的地址信号的连接方法不同数据宽度的从外设的A0与Avalon从端口地址线的连接关系数据宽度与A0连接的address信号线1～8Address[0]9～16Address[1]17～32Address[2]33～64Address[3]65～128Address[4]129～256Address[5]257～512Address[6]513～1024Address[7]2023/1/317如：当通过三态从端口将32位存储芯片连接到Avalon交换架构上时，Avalon地址线的最低两位不连接到存储器芯片，地址线的address[2]连接到存储器的A0引脚上。Avalon三态传输

三态从端口传输 相关信号：

1） data 2） address 3） outputenable、read 4） write_n、writebyteenable 5） chipselect信号、chipselect-through-read-latency属 性

2023/1/318outputenable无效时，从端口必须将data线置于高阻态；没有流水线属性的三态从端口：

read、outputenable信号相同。具有流水线属性的三态从端口：

Avalon交换架构只在地址阶段发出read信号，Avalon交换架构在数据阶段最后的clk上升沿之前发出outputenable。Avalon三态从端口的write_n信号可以直接连接到使用组合读写信号的片外存储器的R/Wn引脚(即高电平时读，低电平时写)。Avalon三态从端口的writebyteenable是write和byteenable信号的逻辑与，可以直接连到为每个字节段使用单独的写使能信号(BWn1，BWn2，BWn3，BWn4)的片外存储器的写使能引脚。当端口使用chipselect-through-read-latency属性时，Avalon交换架构在读传输的地址和数据阶段都置chipselect信号有效，chipselect是outputenable信号的镜像。当端口不使用chipselect-through-read-latency属性时，Avalon交换架构只在地址阶段置chipselect有效，chipselect是read信号的镜像。chipselect_n信号可以直接和存储芯片的芯片选择或芯片使能引脚相连（如CSn或CEn）。Avalon三态传输

三态从端口传输

6）Avalon交换架构通过三态从端口与片外异步存储器的接口

不需要clk信号,传输的同步是通过chipselect_n、read_n和/或write_n信号使用建立和保持时间获得的。2023/1/319Avalon三态传输

三态从端口传输

6）Avalon交换架构通过三态从端口与片外异步存储器的接口

三态从端口与异步存储器的读传输实例三态从端口与异步存储器的写传输实例2023/1/31102023/1/3111A)Avalon交换架构驱动address，并且置chipselect_n有效。B)一个周期的建立时间延迟后，Avalon交换架构置read_n和outputenable_n有效。C)从端口驱动data以响应outputenable_n。data在此时可能是无效的。D)Avalon交换架构在等待周期内保持address有效。E)从端口在传输的最后时钟上升沿之前的某个时刻驱动有效的data。F)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data，传输结束。G)从端口将data置为高阻，以响应outputenable_n的无效状态。具有建立时间和等待周期的三态从端口读传输使用的传输属性：一个时钟周期的固定的建立时间，一个时钟周期固定等待周期，非流水线模式Avalon三态传输

三态从端口传输

6）Avalon交换架构通过三态从端口与片外异步存储器的接口

三态从端口与异步存储器的读传输实例三态从端口与异步存储器的写传输实例2023/1/31122023/1/3113A)Avalon交换架构驱动address、data，并置chipselect_n有效。B)一个周期的建立时间后，Avalon交换架构置write_n有效。C)Avalon交换架构置write_n无效。

D)写传输结束。具有建立时间和保持时间的三态从端口写传输使用的传输属性：1个时钟周期的建立时间，0个等待周期，1个时钟周期的保持时间Avalon三态传输

三态从端口传输

7）Avalon交换架构通过三态从端口与片外同步存储器的接口

1）Avalon三态从端口可以连接片外同步存储设备,如SSRAM、ZBTRAM 2）三态从端口支持连续的流水线读传输和连续的流水线写传输：Avalon交换架构在发起新的写传输之前，必须要等待所有挂起的流水线读传输全部完成，这样可以避免挂起的读传输数据和写传输的数据发生碰撞而在data信号线引发信号竞争。2023/1/3114Avalon三态传输

三态从端口传输

7）Avalon交换架构通过三态从端口与片外同步存储器的接口

2023/1/3115使用流水线属性：独立的read_n和outputenable2023/1/3116A)Avalon交换架构发出chipselect_n、address和read_n，发起读传输1。B)从设备捕获address和read_n，数据阶段开始。C)read_n无效，插入一个空闲周期，因为chipselect-through-read-latency的属性，chipselect_n一直有效。D)从设备在数据阶段的最后时钟上升沿前置数据有效。E)Avalon交换架构捕获数据readdata1，并发起新的读传输2。F)Avalon交换架构发起新的读传输3。G)Avalon交换架构捕获数据readdata2，并发起新的读传输4。H)Avalon交换架构置read_n无效，结束读传输，chipselect_n仍保持有效。I)Avalon交换架构捕获数据readdata3.J)Avalon交换架构捕获数据readdata4K)无读传输挂起，Avalon交换架构置chipselect_n和outputenable_n无效，强迫data进入高阻状态。三态从端口的流水线读传输使用的传输属性：2个时钟周期的固定流水线延迟；使用chipselect-through-read-latency属性Avalon三态传输三态从端口传输三态主端口传输2023/1/3117Avalon三态传输

三态主端口传输

Avalon三态主端口不能和其它的三态主端口在PCB板上共享数据和地址线。 使用限制2023/1/3118不支持流水线传输不支持流控制传输不支持突发传输2023/1/3119(A)主端口在clk的上升沿发起写传输。(B)主端口发出address和write信号。主端口驱动data数据线。(C)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获写数据。主端口在这个周期内发起一次新的传输，发出address和read信号。(D)Avalon交换架构置waitrequest有效。主端口在整个周期内保持所有的信号不变。(E)Avalon交换架构在data的数据线上驱动有效的读数据，并置waitrequest无效。(F)主端口在clk的上升沿捕获data。Avalon交换架构在这个周期内发起一次新的写传输。(G)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获data，写传输结束。三态主端口写传输和读传输Avalon总线规范介绍（三）

Avalon三态传输Avalon突发传输Avalon中断与复位Avalon地址对齐2023/1/3120Avalon突发传输

Avalon突发传输的用途与特点

用途：突发传输最大化从端口的吞吐量，在从端口处理与主端口之间的多个数据单元时可以达到最高的效率。

特点：

1）突发传输保证在突发传输期间主从端口对的仲裁是锁定的，即突发传输期间，Avalon交换架构不允许其他主端口访问该从端口。

2）Avalon主从端口对通过信号burstcount支持突发传输： burstcount信号宽度必须是2～32；

burstcount的最小值是1，等同于一个单独的非突发传输；

burstcount信号在突发传输开始时提供； 对于burstcount宽度为N的情况，最大突发长度为2的N-1次幂2023/1/3121Avalon突发传输

Avalon突发传输的使用限制

主端口： 支持突发读传输的主端口必须支持流水线 传输，不能使用三态属性

从端口： 1）必须支持可变等待周期，即端口必须包 含waitrequest，不能使用建立和保持时间

2）必须支持可变延迟的流水线传输，即该 端口必须包含readdatavalid信号。不能使 用三态属性2023/1/3122Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3123主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3124主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon主端口突发写传输

须遵循的规则：

1）若主端口输出的burstcount值为N，则要完成突发传输，主端口必须在N个clk的上升沿发出write信号，并提供writedata。仲裁端口对的仲裁被锁定到该突发传输完成。

2）主端口可通过clk上升沿的write信号失效延迟传输，这样能够阻止Avalon交换架构捕获当前时钟周期的writedata。

3）Avalon交换架构可通过waitrequest延迟传输，这样强迫主端口在相应时钟周期内保持writedata和write不变。

4）主端口必须在整个突发传输期间置所有的byteenable信号线有效。2023/1/3125(A)主端口发出address、burstcount、write和writedata的第一个单元。(B)Avalon交换架构置waitrequest有效，作为响应，主端口保持所有输出不变。(C)Avalon交换架构置waitrequest无效。(D)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获address、burstcount、write和writedata的第一个单元(D0)。(E)主端口置address和burstcount无效，这两个信号在突发传输的剩余部分被忽略。主端口提供writedata的下一个单元(D1)。(F)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获writedata下一个单元(D1)。(G)主端口置write无效，表示它这个周期没有有效的writedata。(H)write信号为无效，所以Avalon交换架构在材料库的上升沿不捕获writedata。(I)主端口提供有效的writedata(D2)，并重新置write有效。(J)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获writedata(D2)。(K)主端口提供writedata的最后的一个单元(D3).(L)Avalon交换架构置waitrequest有效，导致主端口在整个时钟周期内保持所有的输出不变。(M)Avalon交换架构使waitrequest无效。(N)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获writedata的最后的单元(D3)。主端口突发写传输结束。2023/1/3126主端口突发写传输Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3127主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon主端口突发读传输

须遵循的规则：

1）若主端口输出的burstcount值为N，则要完成突发传输，Avalon交换架构必须在N个clk的上升沿发出readdatavalid。端口对的仲裁一直锁定，直到Avalon交换架构返回突发传输的所有数据。

2）只要Avalon交换架构置readdatavalid有效，主端口必须捕获readdata。readdata的每一个值只在这个时钟周期有效。

3）主端口必须在整个突发传输期间置所有的byteenable信号线有效。2023/1/3128(A)主端口发出address、burstcount和read。(B)Avalon交换架构置waitrequest有效，作为响应，主端口保持所有的输出不变。(C)Avalon交换架构置waitrequest无效。(D)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获address和burstcount。主端口可以在此clk的上升沿开始一次新传输或突发传输。(E)Avalon交换架构没有发出readdatavalid，主端口不捕获readdata。(F)Avalon交换架构提供有效的readdata，并置readdatavalid有效。(G)主端口在clk的上升沿捕获readdata的第一个单元(D0)。(H)主端口在clk的上升沿捕获readdata的下一个单元(D1)。(I)Avalon交换架构置readdatavalid无效。Avalon交换架构可以保持eaddatavalid无效任意个时钟周期。(J)Avalon交换架构提供有效的readdata，并重新置readdatavalid有效。(K)主端口在clk的上升沿捕获readdata的下一个单元(D2)。(L)主端口在clk的上升沿捕获readdata最后的单元(D3)。主端口突发读传输结束。2023/1/3129主端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3130主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon从端口突发传输 一次突发传输，从端口只捕获一次地址。突发传输从这个捕获地址开始，外设逻辑推断出突发传输中所有剩余传输的地址。推断出的地址与从端口使用的是本地地址对齐还是动态地址对齐有关：

使用本地地址对齐：剩余传输地址保持不变。例如，address为0x1000、burstcount值为0x0A的突发写传输，向不变的地址0x1000写入10个数据单元。

使用动态地址对齐：每传输一个数据单元从端口地址加1。例如，address为0x1000、burstcount值为0x04的写传输，会向从端口地址0x1000、0x1001、0x1002和0x1003依次传输1个数据单元。2023/1/3131Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3132主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon从端口突发写传输

须遵循的规则：

1）若Avalon交换架构指定burstcount值为N，要完成突发传输，从端口必须接受N个连续的writedata数据单元。端口对之间的仲裁被锁定到突发传输结束。

2）从端口必须只在write有效时捕获writedata。对于第2个或其后的数据单元，Avalon交换架构能够在任意的clk的上升沿使write失效，来表示现在没有提供有效的writedata。这不会终止突发传输，只会延迟突发传输直到Avalon交换架构重新置write有效。

3）chipselect信号是write的反映。Avalon交换架构使write失效，同时也使chipselect失效。2023/1/3133Avalon突发传输

Avalon从端口突发写传输

须遵循的规则：

4）从端口可以在clk的上升沿通过置waitrequest有效来延迟传输,这将强迫Avalon交换架构在一个额外的周期内保持writedata、write和byteenable不变。

5）Avalon交换架构在突发传输期间置byteenable的所有信号线有效。2023/1/3134(A)Avalon交换架构发出chipselect、address、burstcount、write和writedata的第一个单元。(B)从端口置waitrequest有效，作为响应，Avalon交换架构保持所有的输出不变。(C)从端口置waitrequest无效。(D)从端口在clk的上升沿捕获address、burstcount、write和writedata的第一个单元(D0)。这是从端口捕获address和burstcount的唯一时刻。(E)从端口在clk的上升沿捕获writedata的下一个单元(D1)。(F)Avalon交换架构置write无效，表示它这个周期没有有效的writedata。(G)从端口在clk的上升沿不捕获writedata，因为write为无效。(H)Avalon交换架构再次置write和writedata有效。(I)从端口在clk的上升沿捕获writedata的下一个单元(D2)。(J)从端口置waitrequest有效。作为响应，Avalon交换架构在整个时钟周期里保持所有的输出不变。(K)从端口置waitrequest无效。(L)从端口在clk的上升沿捕获writedata的最后的单元(D3)，从端口的突发写传输结束。2023/1/3135从端口突发写传输Avalon突发传输

Avalon突发传输

主端口突发传输

从端口突发传输2023/1/3136主端口突发写传输主端口突发读传输从端口突发写传输从端口突发读传输Avalon突发传输

Avalon从端口突发读传输

须遵循的规则：

1）如果Avalon交换架构制定了burstcount值为N，要完成突发传输，从端口必须产生N个连续的readdata数据单元。主从端口对之间的仲裁一直保持锁定直到突发传输结束。

2）从端口通过在clk的上升沿发出有效的readdata和置readdatavalid有效来提供数据单元。置readdatavalid无效不会终止突发传输，只会将突发传输延迟到从端口重新置readdatavalid有效。

3）在突发传输期间，Avalon交换架构置byteenable的所有信号线有效。2023/1/3137(A)Avalon交换架构发出ddress、burstcount和read。(B)从端口置waitrequest有效，作为响应，Avalon交换架构再保持所有的输出一个周期不变。(C)从端口置waitrequest无效。(D)从端口在clk的上升沿捕获address和burstcount。Avalon交换架构可以在此clk的上升沿开始新传输。(E)这是从端口能返回有效数据的最早的时钟上升沿。本例中，从端口没发出readdatavalid，所以Avalon交换架构在这个clk的上升沿不捕获readdata。(F)从端口提供有效的readdata，并置readdatavalid有效。(G)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获readdata的第一个单元(D0)。(H)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获readdata的下一个单元(D1)。(I)从端口没有有效的readdata，所以它置readdatavalid无效。从端口可以保持readdatavalid无效任意个周期。(J)从端口提供有效的readdata，并再次置readdatavalid有效。(K)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获readdata的下一个单元(D2)。(L)Avalon交换架构在clk的上升沿捕获readdata的最后的单元(D3)。从端口的突发读传输结束。2023/1/3138从端口突发读传输Avalon总线规范介绍（三）

Avalon三态传输Avalon突发传输Avalon中断与复位Avalon地址对齐2023/1/3139Avalon中断与复位 Avalon中断信号

1）从端口中断信号：irq

从端口可以包含irq输出信号，irq信号作为外设逻辑需要主端口服务的标志位。 从端口可以在任何时刻发出irq，irq信号的时序同任何传输都没有关系。外设逻辑必须保持irq持续有效，直到主端口明确地复位了中断请求。2023/1/3140Avalon中断与复位 Avalon中断信号

2）主端口中断信号：irq和irqnumber Avalon接口支持两种计算IRQ最高优先级的方法：软件优先级计算和硬件优先级计算。

软件优先级计算：主端口包含32位的irq信号，不包含irqnumber信号；Avalon交换架构将来自多达32个从端口的IRQ直接传递给主端口；在有多个位被同时置为有效的情况下，主端口（在软件控制下）决定哪个IRQ有最高的优先级。2023/1/3141Avalon中断与复位 Avalon中断信号

2）主端口中断信号：irq和irqnumber Avalon接口支持两种计算IRQ最高优先级的方法：软件优先级计算和硬件优先级计算。

硬件优先级计算：主端口包含1位的irq信号和6位的irqnumber信号；Avalon交换架构将IRQ信号直接传递给主端口，同时将最高优先级IRQ的irqnumber信号发给主端口；在有多个从端口IRQ位同时有效的情况下，Avalon交换架构（硬件逻辑）识别最高优先级的IRQ。2023/1/3142Avalon中断与复位 Avalon复位信号

1）reset信号

Avalon交换架构复位各个外设的信号，复位脉冲宽度大于一个时钟周期。

2）resetrequest信号

Avalon外设复位整个Avalon系统的信号2023/1/3143Avalon总线规范介绍（三）

Avalon三态传输Avalon突发传输Avalon中断与复位Avalon地址对齐2023/1/3144Avalon地址对齐 Avalon地址对齐

本地地址边界（nativeaddressboundaries） 是指由主端口数据宽度决定的字地址。 例如，主端口的数据宽度为8位，则本地地址边界落在0x01、0x02、0x03、0x04等地址上；如果主端口的数据宽度为32位，则本地地址边界落在0x00、0x04、0x08、0x0C等地址上。2023/1/3145Avalon地址对齐 Avalon地址对齐

本地地址对齐 动态地址对齐2023/1/3146地址对齐只影响主端口，地址对齐定义了从端口的数据单元出现在主端口地址空间的位置。地址对齐对主从端口对的传输无任何影响Avalon地址对齐

本地地址对齐

从端口数据与主端口地址边界对齐

主端口不能采用本地地址对齐方式访问数据宽度 比自己宽的从端口

2023/1/3147主端口地址对应的从端口地址128位主端口64位主端口32位主端口16位主端口8位主端口BASE+0x00BASE+0x00BASE+0x00BASE+0x00BASE+0x000BASE+0x10BASE+0x08BASE+0x04BASE+0x02BASE+0x011BASE+0x20BASE+0x10BASE+0x08BASE+0x