1. 功能介绍
2. 架构
- 2.1. 单主单从
- 2.2. 多主多从
3. 信号描述
- 3.1. AW
- 3.2. W
- 3.3. AR
- 3.4. R
- 3.5. B
4. 逻辑设计
- 4.1. 单通道传输
- 4.2. 多通道outstanding传输
- - AR 与 R 通道协同
  - AW、W 与 B 通道协同
- 4.3. 传输配置
- - AWADDR 与 ARADDR
  - AWLEN[7:0] 与 ARLEN[7:0]
  - AWSIZE[2:0] 与 ARSIZE[2:0]
  - AWBURST[1:0] 与 ARBURST[1:0]
  - RRESP[1:0] 与 BRESP[1:0]
5. AXI3与AXI4的区别

《IHI0022H_amba_axi_protocol_spec》
AXI总线详细整理
AMBA3.0协议——AXI（Advanced eXtensible Interface）总线介绍
AXI_01 《AXI总线系列文章》由来
AXI3与AXI4区别及互联

1. 功能介绍

AMBA中最重要的片内总线，适用于高性能、高带宽、高工作频率、低延迟系统，也是基于多主多从的架构与事务传输。

AXI的特性包括：

● 单通道体系，即控制通道与数据通道相互分离，可分别独立控制和优化。并且各通道传输方向单一，减少延迟。

● 支持字节选通、非对齐数据访问

● 只给出第一地址，亦可完成burst传输

● 基于传输ID实现乱序传输

● 允许电平同步

2. 架构

2.1. 单主单从

先讲一个master、一个slave之间是如何通信的。

AXI将master与slave之间的控制信息和数据信息划分为五个通道进行传输，这五个通道之间是时序独立，这五个通道分别表示：读控制通道AR、读数据通道R、写控制通道AW、写数据通道W、写反馈通道B

每个通道由好几个信号组成
AXI的通道分解架构与APB、AHB不同，APB要求控制信息与数据信息时序对齐，AHB要求控制信息与数据信息差1拍构成流水。

如下图

这五个通道都是基于valid & ready握手信号实现控制信息or数据信息的交互

其实就是标准握手协议中的写时序，只有当valid与ready同时为高时才判定写成功。
此处AXI则是每个通道在valid与ready同时为高时才判定传输成功。

通道	握手	备注
写控制通道AW	Master 向 Slave 传输，valid & ready握手
写数据通道W	Master 向 Slave 传输，valid & ready握手	具备写数据选通功能。且写数据可通过FIFO缓存，无需等到写反馈到来才发起新一轮写
读控制通道AR	Master 向 Slave 传输，valid & ready握手
读数据通道R	Slave 向 Master 传输，valid & ready握手	含有读数据，也含有读响应表明读传输的完成情况
写反馈通道B	Slave 向 Master 传输，valid & ready握手	需对每个写事务作响应

2.2. 多主多从

AXI也可实现多主多从的结构，类似于Bus Matrix

如下图，Interconnect同时具备AXI master接口与AXI slave接口

实际上大多数系统的控制通道带宽显著小于数据通道带宽，因而对于多主多从系统，通过共享控制通道、独立数据通道实现系统性能和interconnect复杂性的平衡。

3. 信号描述

全局信号

Signal	Source	Width(bits)	Description
ACLK	外部	1
ARESTn	外部	1	低电平复位

3.1. AW

Signal	Source	Width(bits)	Description
AWID	Master	AWID_WIDTH	写事务ID
AWADDR	Master	AWADDR_WIDTH	burst写事务第一个WDATA的地址
AWLEN	Master	8	该数值+1就表示此次写事务的WDATA个数
AWSIZE	Master	3	WDATA中有效byte大小
AWBURST	Master	2	burst传输类型
AWLOCK	Master	2	写事务的原子特性
AWCACHE	Master	4	写事务在系统中运行的要求
AWPROT	Master	3	写事务的保护属性：特权、安全级别、访问类型
AWQOS	Master	4	写事务的服务质量标识符
AWREGION	Master	4	写事务的区域指示符
AWUSER	Master	USER_REQ_WIDTH	自定义
AWVALID	Master	1	AW所有控制信息有效
AWREADY	Slave	1	AW所有控制信息准备接收

Parameter	Units	Description
AWID_WIDTH	bit	AXI AW通道的AWID位宽
AWADDR_WIDTH	bit	AXI AW通道的AWADDR位宽
USER_REQ_WIDTH	bit	AXI AW通道的AWUSER和AR通道的ARUSER位宽

3.2. W

Signal	Source	Width(bits)	Description
WID	Master	AWID_WIDTH	写事务ID，注意该信号AXI3具备，AXI4不具备
WDATA	Master	WDATA_WIDTH	写数据
WSTRB	Master	WDATA_WIDTH/8	写选通
WLAST	Master	1	写事务中的最后一个写数据
WUSER	Master	USER_REQ_WIDTH	自定义
WVALID	Master	1	W通道所有数据信息有效
WREADY	Slave	1	W通道所有数据信息准备接收

Parameter	Units	Description
WID_WIDTH	bit	AXI W通道的WID位宽
WDATA_WIDTH	bit	AXI W通道的WDATA位宽
USER_REQ_WIDTH	bit	AXI W通道的WUSER位宽

3.3. AR

Signal	Source	Width(bits)	Description
ARID	Master	ARID_WIDTH	读事务ID
ARADDR	Master	ARADDR_WIDTH	burst读事务第一个读传输地址
ARLEN	Master	8	该数值+1就表示此次读事务的RDATA个数
ARSIZE	Master	3	RDATA中有效byte大小
ARBURST	Master	2	burst传输类型
ARLOCK	Master	2	读事务的原子特性
ARCACHE	Master	4	读事务在系统中运行的要求
ARPROT	Master	3	读事务的保护属性：特权、安全级别、访问类型
ARQOS	Master	4	读事务的服务质量标识符
ARREGION	Master	4	读事务的区域指示符
ARUSER	Master	USER_REQ_WIDTH	自定义
ARVALID	Master	1	AR通道所有控制信息有效
ARREADY	Slave	1	AR通道所有控制信息准备接收

Parameter	Units	Description
ARID_WIDTH	bit	AXI AR通道的ARID位宽
ARADDR_WIDTH	bit	AXI AR通道的ARADDR位宽
USER_REQ_WIDTH	bit	AXI AR通道的ARUSER位宽

3.4. R

Signal	Source	Width(bits)	Description
RID	Slave	RID_WIDTH	读事务ID
RDATA	Slave	RDATA_WIDTH	读数据
RRESP	Slave	2	读反馈，表明读传输的状态
RLAST	Slave	1	读事务中的最后一个读数据
RUSER	Slave	USER_REQ_WIDTH	自定义
RVALID	Slave	1	R通道所有数据信息有效
RREADY	Master	1	R通道所有数据信息准备接收

Parameter	Units	Description
RID_WIDTH	bit	AXI R通道的RID位宽
RDATA_WIDTH	bit	AXI R通道的RDATA位宽
USER_REQ_WIDTH	bit	AXI R通道的RUSER位宽

3.5. B

Signal	Source	Width(bits)	Description
BID	Slave	BID_WIDTH	写事务ID
BRESP	Slave	2	写响应
BUSER	Slave	USER_REQ_WIDTH	自定义
BVALID	Slave	1	B通道所有写反馈信息有效
BREADY	Master	1	B通道所有写反馈信息准备接收

Parameter	Units	Description
WID_WIDTH	bit	AXI B通道的BID位宽
USER_REQ_WIDTH	bit	AXI B通道的BUSER位宽

4. 逻辑设计

4.1. 单通道传输

前面提到过对于每个通道而言，都是基于valid & ready实现握手，即valid拉高表示传输有效，必须等到ready也为高时才能拉低，表示完成传输

那么各通道之间是如何协同实现读写握手呢？见下

4.2. 多通道outstanding传输

outstanding意思是未完成的、未解决的。此处意思是读写握手中，上一次握手还未完成就可以发送下一次握手的信息，这样依旧能保证正确的读写。这是AXI的一大特点，能够提高工作效率。

例如先发写数据再发写地址、先发很多个写数据再发其对应的写地址。

以写为例，APB中pwdata和paddr是时序对齐的，而且必须完成一次握手才能进行下一次。AHB的读写握手也是必须完成之后再来下一次，所以他俩都不是outstanding。而AXI的AW通道和W通道的控制信号可以一次性发送多个。

outstanding传输的实现机制是基于burst传输中的ID号。核心思想如下

● 多个控制信息burst通过ID相互区分，多个数据信息burst通过ID相互区分

● 每个控制信息burst在时间上的先后顺序，必须与相应的数据信息burst在时间上的先后顺序一致

● 相同的控制信息ID与数据信息ID相匹配，以实现一次访问

以写为例，先在AW通道发送3包写控制信息，AWID分别为0、1、2，然后在W通道发送3包写数据信息。即使写控制和写数据时序上不是对齐的，AXI slave依然可以根据AWID正确地将数据写入地址中。同理，AXI slave在B通道作写反馈时BID为0、1、2且BRESP都是OKAY，AXI master也能够根据BID认为这3次写成功了。

当写访问次数过多时，可能AXI master在AW通道发送了3包awaddr不同的写控制信息，且AWID都是10，然后在W通道也发送了3包wdata不同的写数据信息，WID也都是10。那么axi master必须保证这3包ID相同的写控制和写数据在时间上先后顺序必须是相互对应的。

● 乱序传输（AXI3特有）：不同ID的多个控制信息burst在时间上的先后顺序可任意。不同ID的多个数据信息burst在时间上的先后顺序可任意，如下图

如果要实现乱序传输，显然必须根据ID号缓存不同的控制信息，这样一个FIFO就无法解决问题了，必须是带有特定地址信息的RAM存储控制信息，这样的话就占用角度的资源，所以AXI4就砍掉了这个功能。

其实outstanding传输的本质就是如此，下面针对不同情景分别详细阐述。

AR 与 R 通道协同

完成burst读操作，需要满足以下条件：

● 接受读控制信息之后才能读反馈，即在ARVALID与ARREADY同时为高之后，RVALID才能拉高

● AXI Slave要反馈的RID必须与AXI Slave收到的ARID匹配。相同的ARID要在时间上与相同的RID相匹配

● interconnect中，为每个AXI Master的ARID添加额外的位，以表明该包数据来自于哪个AXI Master，如下图

就是你必须确定Slave收到了读控制信息，才能返回读数据
协议原文如下

Single-headed arrows point to signals that can be asserted before or after the signal at the start of the arrow.
Double-headed arrows point to signals that must be asserted only after assertion of the signal at the start of the arrow.

AW、W 与 B 通道协同

完成burst写操作，必须满足以下条件：

● 必须收到写控制信息和写数据信息，才能完成写反馈，即在AWVALID与AWREADY同时为高、以及WVALID与WREADY同时为高之后，BVALID才能拉高

● AXI Master AW通道的写控制信息发送顺序要与W通道的写数据信息发送顺序一致，AWID顺序要与BID顺序一致

● interconnect中，为每个AXI Master的AWID、WID添加额外的位，以表明该包数据来自于哪个AXI Master

AXI4没有WID所以不支持乱序传输

Single-headed arrows point to signals that can be asserted before or after the signal at the start of the arrow.
Double-headed arrows point to signals that must be asserted only after assertion of the signal at the start of the arrow.

4.3. 传输配置

下面对各传输信号的功能作介绍

AWADDR 与 ARADDR

表示burst传输第一个byte的地址，且Master只需提供第一个byte的地址。后续地址需要Slave来计算。

并且一次burst传输地址变化不可超过4KB，即’h8000

AWLEN[7:0] 与 ARLEN[7:0]

加1之后就分别表示burst写数据长度和burst读数据长度，同时规定了

● INCR类burst传输，AxLEN可为8’d0~8’d255

● WRAP类burst传输，burst长度只能为2、4、8、16之一，因此AxLEN取值必须为8’d1、8’d3、8’d7、8’d15 之一

● 一次burst传输地址变化不可超过4KB，即’h8000

AWSIZE[2:0] 与 ARSIZE[2:0]

这个与AHB中的HSIZE含义相同，表示burst传输中各数据有效byte数目

满足公式Number_Bytes = 2 ^ AxSIZE;

AxSIZE[2:0]	Transfer Data Size = 2^(AxSIZE) byte	Description
3'b000	8 bits = 1 Byte	数据传输有效大小为1 Byte
3'b001	16 bits = 2 Byte	数据传输有效大小为1 Half Word
3'b010	32 bits = 4 Byte	数据传输有效大小为1 Word
3'b011	64 bits = 8 Byte	数据传输有效大小为1 DoubleWord
3'b100	128 bits = 16 Byte	数据传输有效大小为4 Word
3'b101	256 bits = 32 Byte	数据传输有效大小为8 Word
3'b110	512 bits = 64 Byte	数据传输有效大小为16 Word
3'b111	1024 bits = 128 Byte	数据传输有效大小为32 Word

AWBURST[1:0] 与 ARBURST[1:0]

表示burst传输的类型，包括三种

HBRUST[1:0]	Type	Description
2'b00	FIXED	一次burst传输中地址和数据都不改变（写burst各数据的WSTRB可各不相同）
2'b01	INCR	递增burst传输。AxADDR为起始地址，1＜＜AxSIZE(Byte)为地址递增公差，AxLEN+1为burst传输的数据个数
2'b10	WRAP	回环burst传输，AxADDR以1＜＜AxSIZE(Byte)公差回环递增AxLEN+1次
2'b11	保留

INCR模式的burst传输好说，地址是以AxSIZE(Byte)不断递增，每次burst传输是传AxLEN+1个数据，于是就递增AxLEN+1次。

但是WRAP是回环模式，意思是burst读写地址必须在一个离散范围的内递增，若到达了该范围最大值，读写地址就返回到该范围的最小值。

而这个最小值就叫作回环边界，Wrap Boundary，而这个范围的最大值就是下一个回环边界。

那么这个回环边界怎么算呢？

WrapBoundary=int(AxADDR(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0])⋅(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]Wrap Boundary = int(\frac{AxADDR}{(AxLEN+1)·2^{AxSIZE[2:0]}})·(AxLEN+1)·2^{AxSIZE[2:0]}WrapBoundary=int((AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]AxADDR)⋅(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]

上述回环不等式的意思就是burst读写地址在[′h0,′h8000]['h0,'h8000][′h0,′h8000]内按照公差2AxSIZE[2:0]2^{AxSIZE[2:0]}2AxSIZE[2:0] byte构成的等差数列中，每(AxLEN+1)个地址构成一个回环。
所以说回环边界一定是(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]{(AxLEN+1)·2^{AxSIZE[2:0]}}(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]的整数倍。那么对于任意一个读写地址，它所在的回环边界一定是起始地址AxADDR除以(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]{(AxLEN+1)·2^{AxSIZE[2:0]}}(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]的商部分乘以(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]{(AxLEN+1)·2^{AxSIZE[2:0]}}(AxLEN+1)⋅2AxSIZE[2:0]

如下图，红框表示回环的范围

RRESP[1:0] 与 BRESP[1:0]

分别表示读响应和写响应，注意BRESP用于对一个burst的整个数据包传输做出响应，RRESP可用于对一个burst中的某一个data传输做出响应

个人认为这样的协定可以更改，让二者均表示一次burst的整个传输是否出现错误
原文如下：
For a write transaction, a single response is signaled for the entire burst, and not for each data transfer within the burst.
In a read transaction, the slave can signal different responses for different transfers in a burst. For example, in a burst of 16 read transfers the slave might return an OKAY response for 15 of the transfers and a SLVERR response for one of the transfers.

含义如下

RRESP[1:0] 与 BRESP[1:0]	Type	Description
2'b00	OKAY	访问成功
2'b01	EXOKAY	独占访问成功
2'b10	SLVERR	传输失败
2'b11	DECERR	表示interconnect无法解码出AXI MASTER的片选信号。AXI协议建议设定一个default axi slave，用于反馈DECERR信号

5. AXI3与AXI4的区别

高级可拓展接口（Advanced eXtensible Interface, AXI）相关推荐

AXI（Advanced eXtensible Interface）协议规范
AXI(Advanced eXtensible Interface)协议规范参考:ARM (IHI 0022H.c) AMBA AXI and ACE Protocol Specification ...
AMBA3.0协议——AXI（Advanced eXtensible Interface）总线介绍
AXI(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture ...
java拓展接口_Java拓展接口-default关键词
Java接口在使用过程中有两点规定: 1.接口中只能有定义方法名.方法返回类型,不能有方法的实现. 2.实现接口的类,必须实现接口中所有的方法. 例如下面的例子: //定义接口 public inte ...
Python 高级网络操作 - Python Advanced Network Operations
1 Python 高级网络操作 - Python Advanced Network Operations 2 3 Half Open Socket, 4 一个单向的 socket 被称为 half o ...
软件设计原则（五）接口隔离原则 -Interface Segregation Principle
在讲接口隔离原则之前,先明确一下我们的主角--接口.接口分为两种: ◇ 实例接口(Object Interface),在Java中声明一个类,然后用new关键字产生的一个实例,它是对一个类型的事物的描 ...
静态，关键字：static 接口，IUSB , API 接口关键字：interface
//静态 //普通成员 //普通成员是属于对象的//静态成员 //静态成员属于类的//关键字:static //self关键字:在类里面代表该类 //在静态方法里面不能调用普通成员 //在普通方法里面 ...
环回接口（loopback interface）
环回接口(loopback interface) 当我们使用环回接口(IPv4的127.0.0.1或者IPv6的: : 1),数据不会离开本机或传到外部网络. 应用可以使用环回接口来跟本机的其他进程进 ...
AXI接口协议详解-AXI总线、接口、协议
转自:https://cloud.tencent.com/developer/article/1695010 AXI接口协议详解-AXI总线.接口.协议 AXI 总线上面介绍了AMBA总线中的两种, ...
java的接口简单使用---interface
package hanjia; //接口的使用 interface Runner{ //接口1public void run(); } interface Swimmer{//接口2,在接口中方法可以 ...

高级可拓展接口（Advanced eXtensible Interface, AXI）

目录