AXI4接口调试_axi4.0

前言

        开博的目的很简单，一来每天花点做个总结，感觉自己能顺畅的讲清楚了，也就算真的消化了，二来希望能通过坚持写点东西，提高一下老师眼里“意识流”的文风，总是有好处的。刚好前期师兄建议学习下AXI接口，这样以后遇到没用过的IP核，只要它支持AXI协议，拿来就能用，本着懒人图方便的原则，对AXI协议简单进行了研究，本人技术和叙述水平有限，有问题的地方欢迎大家指正。

一、AXI协议简介

        AXI全称Advanced eXtensible Interface，主要描述主设备和从设备之间的数据传输方式，具有高性能、高带宽、低延时的特点。目前常见的AXI4.0是AXI协议的第二个版本，包含于2010年发布的AMBA4.0中。

        AXI4.0协议包含AXI4.0、AXI-lite、AXI-stream三种接口标准。本文以AXI-bram IP核为例，介绍AXI4.0接口的使用

二、特点及关键信号描述

        AXI协议采用控制与数据传输分离的方式，基于突发定义了5个独立的通道：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。每一条通道上都有一对用于实现双向握手机制的ready和valid信号。其中，valid信号由源端发出，表示此时通道上是否有数据、命令等信息；ready由目的端发出，表示此时目的端是否可以接收数据。这里的源端目的端和AXI协议的主从端不同，同一连线结构中的主从端通常固定，从端通常为调用的ip核或其他外设，源端目的端则根据数据传输方向的不同，随时发生变化。

        valid、ready：用于实现双向握手机制，仅当valid和ready信号均为高电平时，传输的数据有效。例如在写通道中，主端检测到从端ready信号为高时，表示从端可以接受写命令，此时主端将valid信号拉高并保持一个时钟周期，为发出一个写命令。

        写地址通道：信号以AW为开头，该通道用于主端向从端发起写命令，并规定写入地址、突发的大小、长度、类型等信息。信号包括s_axi_awaddr、s_axi_awburst、s_axi_awcache、s_axi_awlen、s_axi_awlock、s_axi_awprot、s_axi_awready、s_axi_awsize、s_axi_awvalid。

        s_axi_awaddr：起始写入地址，随写命令一同发出，固定了本次写入数据的起始存储地址。AXI协议采用字节寻址，例如一组32位的数据，写入后，则会占用4个地址。（测试的时候没注意，被小坑了一把）

        s_axi_awlen：AXI中数据以突发的形式传输，每个突发分为多个transfer，该信号决定了本次突发中transfer的个数，可以理解为该突发中数据的组数，例如s_axi_awlen为1时，表示该突发中包含两组数据。

        s_axi_awsize：该信号规定了突发中数据的位宽，但位宽的设置不能超过总线位宽(可以简单理解为不能超过调用的ram的位宽)。如下表所示：

        s_axi_awburst：该信号规定了突发的三种传输类型：fixed、incr、wrap。如下图所示：

        fixed：该类型中，burst中的所有数据都将使用初始地址，该类型适合对某一地址进行多次数据更新。

        incr：该类型中，burst中的后续数据的存储地址会在初始地址的基础上进行递增，递增幅度与传输宽度相同，常用于ram等通过地址映射的存储器进行数据读写。

        wrap：该类型中，burst中的数据首先根据起始地址得到绕回边界地址（wrap boundary）与最高地址。当前地址小于最高地址时，WRAP 与 INCR 类型完全相同，地址递增。但到递增后的地址到达最高地址后，地址直接回到绕回边界地址，再进行递增，就这样循环往复。

        s_axi_awburst、s_axi_awlen、s_axi_awsize：这三个信号一起，规定了数据写入时的位宽、长度以及存储形式，同时要注意的是，一次突发的地址范围不能超过4KB（为什么？不知道，没有具体去了解）。

        写数据通道：信号以W开头，该通道用于主端往从端写入数据、选通信号等信息，信号包括s_axi_wdata、s_axi_wlast、s_axi_wready、s_axi_wstrb、s_axi_wvalid。

        s_axi_wdata：传输写入数据。

        s_axi_wstrb：在突发位宽与总线位宽不同时，使用该信号指示写入数据中的有效字节，当二者位宽相同时，该信号全部拉高即可。

        s_axi_wlast：指示本次突发传输的最后一组数据。

        写响应通道：信号以B开头，该通道用于主端完成对从端的数据写入后，从端发给主端的反馈信息，信号包括：s_axi_bready、s_axi_bresp、s_axi_bvalid。

        s_axi_bresp：该信号由目的端反馈数据写入情况，源端根据该信号判断数据是否写入成功。（一般都是成功的，无视就好了，大不了丢包），如下表所示：

        读地址通道：信号以AR开头，该通道用于主端向从端发起读命令，并规定读出地址、突发的大小、长度等信息，信号包括s_axi_araddr、s_axi_arburst、s_axi_arcache、s_axi_arlen、s_axi_arlock、s_axi_arprot、s_axi_arready、s_axi_arsize、s_axi_arvalid。

        读数据通道：信号以R开头，该通道用于从端向主端发送读出的数据，并在数据全部读出后，发出反馈信息，信号包括s_axi_rdata、s_axi_rlast、s_axi_rready、s_axi_rvalid。

        读地址通道、读数据通道的关键信号与写操作的关键信号使用方式相同，不再重复说明。这里要注意的是，读操作将读反馈信号放入了读数据通道中，没有单独的读响应通道。

        除了上面介绍到的数据之外，AXI4接口还包括cache、user等信号线，看手册上讲，应该是可以实现些更多的功能，但是对于大部分我这样的同志来讲，应该是用不上了，悬空放那儿就行了，不用管他。

三、仿真

        IP核调用

        此次测试调用的是xlinx的AXI BRAM Controller，位宽设置为32位，如下图所示：

 

        仿真代码测试了连续写10组数据，分10次读出，以及分10次写入10组数据，连续读出两种情况，并将写响应信号保持为1。

        连续写，分开读：        

        从图中可以看到，写命令规定了起始存储地址为0，写入突发分10个transfer写入，数据位宽为32，读出时，从地址0开始读，读出数据位宽为32，每读一次，地址加4，分十次读取写入的数据。

        分开写，连续读：

结语

        axi4-lite是简化版的axi4，只支持单次写入数据，axi-stream则取消了地址通道，是一个单纯数据传输接口。总的来讲，水平有限，第一篇文就这个样子了，有不当之处欢迎指正。

 

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      关于axi4-lite，和axi4接口有一个小区别，单独开一章又没必要，补充说明一下，与axi4接口先处理读写命令（地址通道），再处理读写数据（数据通道）不同，axi4-lite需同时发送命令（地址）和数据，例如写入数据时，只有当awvalid和wvalid同时为高电平时，表示写命令有效，此时从端将数据写入地址指向的存储区，并给出反馈。