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本设计主要介绍AXILite的设计开发,通过一个主机Master读写控制两个从机Slaver(通过基地址进行寄存器地址偏移),从而实现外设寄存器的控制。包括:IP的生成、各通道的信号讲解,以及基地址的使用。
包括两种设计方案,一种是基于XILINX的AXI IP的工程;另一种是基于开源代码AXI的工程。本系列讲解完成后,在最后一篇会在微信公众号开放源码,可供学习参考。
设计框图如下:
通过宏定义实现自定义工程的切换,后面会展开描述此种开发技巧
基于XILINX的AXI IP的工程
基于开源代码AXI的工程
一、AXI协议
AXI(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。地址、控制和数据相位是分离的,支持不对齐的数据传输,同时在突发传输中,只需要首地址,同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问,并更加容易进行时序收敛。
AXI是AMBA中一个新的高性能协议,满足超高性能和复杂的片上系统SOC设计的需求。其特点:①单向通道体系结构,信息流只以单方向传输,简化时钟域间的桥接,减少门数量。当信号经过复杂的SOC系统时,减少延时。 ②支持多项数据交换,通过并行执行猝发操作,极大地提高了数据吞吐能力,可在短时间内完成任务,满足高性能要求的同时,又减少了功耗。③独立的地址和数据通道,地址和数据通道分开,能对每一个通道进行单独优化,可以根据需要控制时序通道,将时钟频率提高到最高,并将延时降低到最低。
AXI协议支持三种类型的接口:
AXI4:高性能存储映射接口,主要面向高性能地址映射通信的需求,面向地址映射的接口,允许最大256轮的数据突发传输;
AXI4-Lite:简化版的AXI4接口,用于较少数据量的存储映射通信,是一个轻量级的地址映射单次传输接口;
AXI4-Stream:用于高速数据量传输,非存储映射接口,去掉地址项,允许无限制的数据突发传输规模。
存储映射:如果一个协议是存储映射的,那么主机所发出的会话(读或者写)都会标明一个地址。这个地址对应于系统存储空间中的一个地址,表明是针对该存储空间的读写操作。
AXI4协议支持突发传输,主要用于处理器访问存储器等需要指定地址的高速数据传输场景。AXI-Lite为外设提供单个数据传输,主要用于访问一些低速外设中的寄存器。AXI-Stream接口像FIFO一样,数据传输时不需要地址,在主从设备之间直接连续读写数据,主要用于视频、高速AD、PCIe、DMA接口等需要高速数据传输的场合
二、AXILite通道和代码描述
AXILite共有 5 个通道分别是 read address channel(读地址通道)、 write address channel (写地址通道)、 read data channel (读数据通道)、 write data channel(写数据通道)、 write response channel(写响应通道)。每一个 AXI 传输通道都是单方向的。
2.1 写地址通道
AXIlite是基于AXI协议的简化版AXI接口,只使用部分接口信号。
代码开发中实例如下:
2.2 写数据通道
代码开发中实例如下:
2.3 写响应通道
代码开发中实例如下:
2.4 读地址通道
代码开发中实例如下:
2.5 读数据通道
代码开发中实例如下:
2.5 握手信号
三种握手时序图
具体以工程中的仿真来理解各个通道的握手信号时序
①读数据操作时候,读地址和读数据通道的握手信号时序图
②写数据操作时候,写地址、写数据、写响应通道的握手信号时序图