AXI协议解析(五)_axi sideband

今天先来看一下传输标识（transaction identifier）的概念，主要是ID信号。

开始之前先讲几个概念，首先是outstanding（想不好怎么翻译，有的人译为超前）传输。如果没有outstanding能力，或者说outstanding=1时，主机的读操作顺序是：读地址命令->等待读数据返回->读地址命令->等待读数据返回->…如此往复。主机的写操作行为是：写地址->写数据->等待写响应返回->写地址->写数据->等待写响应返回->…如此往复。每一次新的传输要等上一次传输结束，总线的利用率不高。
而如果outstanding能力为N>1的话，则读操作时，可以连续发N个读地址命令，在这期间如果读数据没有返回，则需要等待读数据返回，如果有读数据返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几个。也就是说，“在路上” 的读命令（或者读数据）最多可以是N。对于写操作，可以连续发出N组写地址（写数据）命令，这期间如果写响应没有返回，则必须等待写响应返回才能接着发写地址（写数据）命令，如果有写响应返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几组。也就是说，“在路上” 的写响应最多可以是N。
还有一个概念是乱序（out of order）传输。如果不支持乱序，那么返回的读数据必须按照读事务的顺序返回。如果是一次突发传输，返回数据中间不能插入其它的读事务数据。如果中间允许插入其它事务的数据，就是支持交织。
换种说法，outsatanding是对地址而言，一次突发还没结束，就可以发送下一个地址。而乱序和交织则是相对于传输事务，out-of-order说的是发送transaction和接收的cmd之间的顺序没有关系，如先接到A的cmd，再接到B的cmd，则可以先发B的数据，再发A的数据；交织指的是A的数据和B的数据可以交错，如A0->B0->A1->B1->B2->B3。
如果SoC中是多主机多从机的结构，支持上述的传输特性无疑会极大的提高总线互连的利用率，主机可以对不同地址或从机进行连续访问，而从机返回数据的先后可以不按照主机的发出事务顺序。当然，这也对设计提出了挑战。
一般从机的数据准备时间不由主机控制，数据就绪顺序与事务到达顺序不一致是可能的。因此需要相应的机制来标识数据所属的事务。而这，就是通过ID信号来实现的。
首先从读事务的 ARID 来看，主机为发出的读事务设定 ARID。
对于给定ID值的所有事务都必须保持有序，但对具有不同ID值的事务的顺序没有限制。单个物理端口支持乱序（out of order）事务，这样看起来有多个逻辑端口，每个逻辑端口按顺序处理其事务。通过使用AXI ID，主机可以无需等待前一个事务完成，就可以发出下一个事务。这可以提高系统性能，因为它支持事务的并行处理。
对于读数据排序，从机要保证RID的值与对应的ARID值匹配。互连必须确保从具有相同ARID值的事务序列中读取的数据以不同的从机为目标，由主机按其发出地址的顺序接收。从设备的读取数据重新排序深度（read data reordering depth）由从设备自己决定，不受主设备影响。

对于写数据排序，主设备必须保证写数据与发出的事务地址顺序相同。互连必须保证不同主设备的写数据与事务地址同序。也就是说，主设备保证自己的写事务顺序，互连保证不同主设备的顺序。
AXI3支持不同ID的写数据交织（interleaving）。但是，Write interleaving增加了系统总线设计的复杂度，而且很容易造成死，所以AXI4中不支持了。
这就有了一个新的概念，排序模型（ordering model）。相同ID和目的地的事务请求必须保证顺序；返回的相同ID的事务响应要与请求顺序相同。Ordering model不保证下列间的顺序：
不同主机的事务
读和写事务
不同ID的事务
到不同外设区域（peripheral regions）的事务
到不同存储空间（memory location）的事务

AXI4中除去那些重要的信号，还有一些可选信号，也可称为边带（sideband）信号。接下来简单过一下。首先是AxQOS，AXI4通过这些信号支持QOS（Quality of Service），AWQOS和ARQOS都是4bit的信号。协议里面并没有规定具体的用法，只是建议用AxQOS信号作为区分优先级使用，数值越大表示优先级越高。看到这，我们大概也明白了什么是QOS了，说白了，就是在资源有限的情况下，尽可能的保证高优先级的模块或组件获得足够的资源，比如内存带宽。举个例子就好理解了，比如去银行办业务，VIP客户的需求会被优先处理，普通客户都在拿号排队，VIP客户去了可以直接加塞儿。所以，所谓的服务质量就是优先级排队，看人下菜碟儿，哈哈。回到我们的芯片设计，还是以内存带宽为例，对于手机SoC或通用的图像GPU而言，显示接口模块显然需要稍高一些的优先级，否则打游戏时显示图像不流畅会极大的影响用户体验。不同的SoC中拥有的系统资源各不相同，需求也各不相同。对于SoC来说，QOS是一个系统问题，所以AXI协议中没有规定具体的实施，这要依赖于系统架构设计。也正是因为这样，协议规定AXI的事务排序优先于QOS排序。

另外一组信号是AWREGION和ARREGION，4bit宽度，用于支持多区域接口（multiple region interface）。AxREGION用于唯一标识多个不同的区域，提供高阶地址位的解码。区域标识符（region identifier）必须在任何4K字节的地址空间内保持不变。使用AxREGION意味着从机上的单个物理接口可以提供多个逻辑接口，每个接口在系统地址映射中具有不同的位置。从机不必支持不同逻辑接口之间的地址解码。

AXI4也提供了一组称为USER的用户自定义信号，对应5个通道，分别是AWUSER，ARUSER，WUSER，RUSER，BUSER。同样的，协议没有规定这些信号的具体用法，甚至都没规定这些信号的宽度。而且协议也不要求同时实现5个通道的USER信号。可以看出，USER信号的存在感很弱。在一些SoC设计中，可以利用USER信号来传输一些边带信息。要注意的是，如果是不同厂家的IP，在集成时千万要看好了USER信号的具体用法，很有可能不兼容，不能直连。

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