AXI协议：AMBA总线介绍，AXI概念与背景介绍，AXI协议特点与功能

Posted 2023-01-11 呆呆象呆呆

1 AMBA总线介绍

AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线规范是 ARM 公司提出的总线规范，被大多数 SoC 设计采用，下面让我们按照其发布版本来认识一下它。

• AMBA版本1规范定义：
  • ASB（Advanced System Bus）
  • APB（Advanced Peripheral Bus）；
• AMBA版本2规范定义：
  • AHB（Advanced High-performance Bus)
  • ASB
  • APB
• AMBA版本3规范定义：
  • AXI v1.0（Advanced Extensible Interface）
  • AHB-Lite v1.0
  • APB v1.0
  • ATB v1.0（Advanced Trace Bus）
• AMBA版本4规范定义：
  • ACE（AXI Coherency Extensions）
  • ACE-Lite
  • AXI4
  • AXI4-Lite
  • AXI4-Stream v1.0
  • APB v2.0
  • ATB v1.1
• 最新一代的AMBA4规范的目标如下：
  • 适合高带宽和低延迟设计
  • 在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作
  • 满足普遍情况下的元件接口要求
  • 适用于高初始访问延迟的存储器控制器
  • 为互联结构的实现提供灵活性
  • 向下兼容已有的AHB和APB接口。

一些协议的简单介绍

AHB 用于高性能、高时钟频率的系统结构，具有流水线操作、多个总线主设备、猝发传输、分割交易等特性。

APB 提供一个低功耗的接口，降低了接口的复杂性；用于在低带宽和不需要高性能总线的外部设备上；属于非流水线结构，所有的信号仅与时钟上升沿相关，锁存的地址和控制。

AXI4 协议基于突发式传输机制，具有独立的地址/控制和数据通道；使用字节选通，支持非对齐的数据传输；只有开始地址的猝发交易；独立的读和写数据通道；使能低成本的直接存储器访问DMA传输；能发出多个未解析的地址；完成无序交易；容易添加寄存器切片，满足时序收敛要求。

ACE的学习资料1

ACE的学习资料2

2 AXI概念与背景介绍

AXI，是 Xilinx 从 6 系列的 FPGA 开始引入的一个接口协议，主要描述了主设备和从设备之间的数据传输方式。

AXI 是 ARM 公司提出的AMBA的一个部分，是一种高性能、高带宽、低延迟的片内总线，也用来替代以前的 AHB 和 APB 总线。AXI 技术丰富了现有的AMBA标准内容，满足超高性能和复杂的片上系统（SoC）设计的需求。

• 第一个版本AXI（AXI3）包含在 2003年发布的 AMBA3.0 中

• 第二个版本AXI（AXI4）包含在 2010年发布的 AMBA4.0 中

理解方式，你开车要开在路上，现在AXI就是一条具有标准的路，规定好了交通规则比如靠右行驶，怎么下高速，怎么去到别的城市。

3 特点

• 具有独立的地址/控制通道和数据通道，信息流只以单方向传输，简化时钟域间的桥接，减少门数量。当信号经过复杂的片上系统时，减少延时。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，将时钟频率提到最高，并将延时降到最低。
• 基于突发式传输机制（burst）处理（transaction），并且只给出来一个起始地址（start-address）。 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，可在更短的时间内完成任务，在满足高性能要求的同时，又减少了功耗。
• 将写数据（write data channel）和读数据通道（read data channel）分离开来，请注意都是针对数据通道而言，并且可以提供一个低功耗的直接存储器访问（direct memory acess）
• 高性能（高速，高频率，高带宽，低延迟）的数字系统
• 通过字节选通的方式（byte strobe），支持非对齐数据传输（unaligned data transfer）
• 支持处理多个未解决的地址（support for issuing multiple outstanding addresses）
• 支持无序的处理（support for out-of-order transaction ）
• 提供寄存器进行一些时序终止操作。
• 可以和一系列复杂接口的元器件设备匹配，可以给很多片上结构提供互联
• 可以反向兼容 AHB 和 APB 接口

4 AXI协议具体干了什么：链接主从设备

读和写操作其实都是是对应于总线链接两边的设备而言的，也就是我们常说的主设备（master）和从设备（slave）。

master/slave链接示意图。

AXI 协议主要就是对如下情况的接口进行定义：

• 在master和interconnect之间
• 从slave和interconnect设备之间
• 在master和slave之间

主设备和从设备分别指 AXI 两边连接的东西