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在介紹AXI之前，先簡單說一下總線、接口以及協議的含義

總線、接口和協議，這三個詞常常被聯系在一起，但是我們心里要明白他們的區別。

總線是一組傳輸通道，是各種邏輯器件構成的傳輸數據的通道，一般由由數據線、地址線、控制線等構成。

接口是一種連接標準，又常常被稱之為物理接口。

協議是傳輸數據的規則。

1.簡介

AXI4總線協議是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0協議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內總線。

AXI4總線協議規定的數據傳輸方式是猝發式的。它的地址/控制和數據相位是分離的，支持不對齊的數據傳輸。在突發傳輸中，使用首字節選通方式，只需要首地址，在獨立的讀寫數據通道，采用獨立的地址、控制和數據周期進行數據傳輸，支持非對齊方式的數據傳輸，能夠發出多個未解析的地址，從而完成無序的數據傳輸交易，并更加容易并行時序收斂。

AXI是AMBA 中一個新的高性能協議。AXI 技術豐富了現有的AMBA 標準內容，滿足超高性能和復雜的片上系統（SoC）設計的需求。

常用的AXI總線有：AXI4、 AXI_Lite、AXI_Stream。

AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求，允許最大256輪的數據突發傳輸；

AXI4-Lite：是一個輕量級的地址映射單次傳輸接口，占用很少的邏輯單元；

AXI4-Stream：面向高速流數據傳輸，去掉了地址項，允許無限制的數據突發傳輸規模。

AXI4總線分為主、從兩端，兩者間可以連續的進行通信。

2. AXI_Lite 協議

axi總線的6個通道

（ 1） 讀地址通道， 包含 ARVALID， ARADDR， ARREADY信號；

（ 2） 讀數據通道， 包含 RVALID， RDATA， RREADY， RRESP信號；

（ 3） 寫地址通道， 包含 AWVALID， AWADDR， AWREADY信號；

（ 4） 寫數據通道， 包含 WVALID， WDATA， WSTRB， WREADY信號；

（ 5） 寫應答通道， 包含 BVALID， BRESP， BREADY信號；

（ 6） 系統通道， 包含 ACLK， ARESETN信號。

AXI4總線和AXI4-Lite總線的信號也有他的命名特點：

讀地址信號都是以AR開頭（ A： address； R： read）

寫地址信號都是以AW開頭（ A： address； W： write）

讀數據信號都是以R開頭（ R： read）

寫數據信號都是以W開頭（ W： write）

3.AXI_Stream 協議

AXI4-Stream總線的組成有：

（ 1） ACLK 信號： 總線時鐘， 上升沿有效；

（ 2） ARESETN 信號： 總線復位， 低電平有效

（ 3） TREADY 信號： 從機告訴主機做好傳輸準備；

（ 4） TDATA 信號： 數據， 可選寬度32，64，128，256bit

（ 5） TSTRB 信號： 字節修飾符， 每一bit對應TDATA的一個有效字節， 寬度為TDATA/8，用來描述TDATA相關字節內容作為一個數字字節或者一個位置字節被處理。

（ 6） TLAST 信號： 主機告訴從機該次傳輸為突發傳輸的結尾；

（ 7） TVALID 信號： 主機告訴從機數據本次傳輸有效；

（ 8） TUSER 信號 ： 用戶定義信號， 寬度為128bit。

4.其他

4.1 AXI架構

AXI協議是基于burst的傳輸，并且定義了5個獨立的傳輸通道：

讀地址通道、讀數據通道、寫地址通道、寫數據通道、寫響應通道。

地址通道攜帶控制消息用于描述被傳輸的數據屬性；

數據傳輸使用寫通道來實現“主”到“從”的傳輸；

“從”使用寫響應通道來完成一次寫傳輸；

讀通道用來實現數據從“從”到“主”的傳輸。

圖4-1 讀結構

圖4-2 寫架構

AXI是基于VALID/READY的握手機制數據傳輸協議，傳輸源端使用VALID表明地址/控制信號、數據是有效的，目的端使用READY表明自己能夠接受信息。

讀/寫地址通道：讀、寫傳輸每個都有自己的地址通道，對應的地址通道承載著對應傳輸的地址控制信息。

讀數據通道：讀數據通道承載著讀數據和讀響應信號包括數據總線（8/16/32/64/128/256/512/1024bit）和指示讀傳輸完成的讀響應信號。

寫數據通道：寫數據通道的數據信息被認為是緩沖（buffered）了的，“主”無需等待“從”對上次寫傳輸的確認即可發起一次新的寫傳輸。寫通道包括數據總線（8/16…1024bit）和字節線（用于指示8bit 數據信號的有效性）。

寫響應通道：“從”使用寫響應通道對寫傳輸進行響應。所有的寫傳輸需要寫響應通道的完成信號。

圖4-3 接口與互聯

AXI協議提供單一的接口定義，能用在下述三種接口之間：master/interconnect、slave/interconnect、master/slave。

可以使用以下幾種典型的系統拓撲架構：

共享地址與數據總線

共享地址總線，多數據總線

multilayer多層，多地址總線，多數據總線

在大多數系統中，地址通道的帶寬要求沒有數據通道高，因此可以使用共享地址總線，多數據總線結構來對系統性能和互聯復雜度進行平衡。

寄存器片（Register Slices）：

每個AXI通道使用單一方向傳輸信息，并且各個通道直接沒有任何固定關系。因此可以可以在任何通道任何點插入寄存器片，當然這會導致額外的周期延遲。

使用寄存器片可以實現周期延遲（cycles of latency）和最大操作頻率的折中；使用寄存器片可以分割低速外設的長路徑。

4.2 信號描述

表 4-4 全局信號

表 4-5 寫地址通道信號

表 4-6 寫數據通道信號

表 4-7 寫響應通道信號

表 4-8 讀地址通道信號

表 4-9 讀數據通道信號

表 4-10 低功耗接口信號

4.3 信號接口要求

4.3.1時鐘復位

時鐘：

每個AXI組件使用一個時鐘信號ACLK，所有輸入信號在ACLK上升沿采樣，所有輸出信號必須在ACLK上升沿后發生。

復位：

AXI使用一個低電平有效的復位信號ARESETn，復位信號可以異步斷言，但必須和時鐘上升沿同步去斷言。

復位期間對接口有如下要求：①主機接口必須驅動ARVALID，AWVALID，WVALID為低電平；②從機接口必須驅動RVALID，BVALID為低電平；③所有其他信號可以被驅動到任意值。

在復位后，主機可以在時鐘上升沿驅動ARVALID，AWVALID，WVALID為高電平。

4.3.2基本讀寫傳輸

握手過程

5個傳輸通道均使用VALID/READY信號對傳輸過程的地址、數據、控制信號進行握手。使用雙向握手機制，傳輸僅僅發生在VALID、READY同時有效的時候。下圖是幾種握手機制：

圖 4-11 VALID before READY 握手

圖 4-12 READY before VALID 握手

圖 4-13 VALID with READY 握手

4.3.3 通道信號要求

通道握手信號：每個通道有自己的xVALID/xREADY握手信號對。

寫地址通道：當主機驅動有效的地址和控制信號時，主機可以斷言AWVALID，一旦斷言，需要保持AWVALID的斷言狀態，直到時鐘上升沿采樣到從機的AWREADY。AWREADY默認值可高可低，推薦為高（如果為低，一次傳輸至少需要兩個周期，一個用來斷言AWVALID，一個用來斷言AWREADY）；當AWREADY為高時，從機必須能夠接受提供給它的有效地址。

寫數據通道：在寫突發傳輸過程中，主機只能在它提供有效的寫數據時斷言WVALID，一旦斷言，需要保持斷言狀態，知道時鐘上升沿采樣到從機的WREADY。WREADY默認值可以為高，這要求從機總能夠在單個周期內接受寫數據。主機在驅動最后一次寫突發傳輸是需要斷言WLAST信號。

寫響應通道：從機只能它在驅動有效的寫響應時斷言BVALID，一旦斷言需要保持，直到時鐘上升沿采樣到主機的BREADY信號。當主機總能在一個周期內接受寫響應信號時，可以將BREADY的默認值設為高。

讀地址通道：當主機驅動有效的地址和控制信號時，主機可以斷言ARVALID，一旦斷言，需要保持ARVALID的斷言狀態，直到時鐘上升沿采樣到從機的ARREADY。ARREADY默認值可高可低，推薦為高（如果為低，一次傳輸至少需要兩個周期，一個用來斷言ARVALID，一個用來斷言ARREADY）；當ARREADY為高時，從機必須能夠接受提供給它的有效地址。

讀數據通道：只有當從機驅動有效的讀數據時從機才可以斷言RVALID，一旦斷言需要保持直到時鐘上升沿采樣到主機的BREADY。BREADY默認值可以為高，此時需要主機任何時候一旦開始讀傳輸就能立馬接受讀數據。當最后一次突發讀傳輸時，從機需要斷言RLAST。

4.3.4 通道間關系

AXI協議要求通道間滿足如下關系：

寫響應必須跟隨最后一次burst的的寫傳輸

讀數據必須跟隨數據對應的地址

通道握手信號需要確認一些依耐關系

通道握手信號的依耐關系

審核編輯：何安