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深入 AXI4 总线(一)握手机制

深入 AXI4 总线(一)握手机制

本系列我想深入探寻 AXI4 总线。不过事情总是这样,不能我说想深入就深入。当前我对 AXI总线的理解尚谈不上深入。但我希望通过一系列文章,让读者能和我一起深入探寻 AXI4。


声明:如果没有特别标注,大部分时序图和部分语句来自 ARM AMBA 官方手册(有的时候感觉手册写得太好了,忍不住就直接翻译了。。)

声明2:AXI 总线的所有权利归 ARM 所有

备注:似乎手册下载不是很方便,有需要的朋友可以私信我。下载手册可以到ARM官网搜AMBA ,需要注册 ARM 账号。想起来百度文库应该有中文翻译版本。

https://developer.arm.com/products/architecture/system-architectures/amba?_ga=2.69772688.1649206191.1539071986-1093133560.1531447977developer.arm.com


今天我们第一次讨论 AXI 总线,我们就聊一些简单的话题,深入什么的,以后再说吧。

VALID/READY 握手机制

AXI 总线共有 5 个独立的通道,分别为写地址,写数据,写回应,读地址,读数据通道。5 条通道相互独立,有一些细小的差别,但共同使用一套握手机制:VALID/READY 机制。


VALID/READY 机制这个赛高啊,这个好啊,ARM 的手册上这么夸:

作为一种双向流控机制,VALID/READY 机制可以使发送接收双方都有能力控制传输速率。


发送方置高 VALID 信号表示发送方已经将数据,地址或者控制信息放到的写总线上,并保持。

接收方置高 READY 信号表示接收方已经做好接收的准备。

所谓的双向流控机制,指的是发送方通过 VALID 信号置起控制发送速度的同时,接收方也可以通过 READY 信号的置起与否控制接收速度,反压发送方的发送速度。

当双方的信息同时为高,时钟上升沿到达后,一次数据传输完成,在 1 到 n 次时钟上升沿后,双方传完了要传的信息后,两信号同时拉低。

VALID/READY 的三种情况

VALID/READY 信号按照到达的先后顺序可以分为 3 种情况:


1.VALID 信号先到达

发送方 VALID 信号早早就到了,这时还不到 T2 时刻,并带来了新鲜的数据(数据通道),地址或者控制信息(地址通道)。

但过了 T2 也没见到接收方的 READY 信号。原来是接收方还忙着,可能上一次的数据还没存完,还堵在数据通路上,忙过了 T2 才来。

好吧,那也行,T3 时刻传输完成。

在这种情况下,接收方通过 READY 信号控制了传输速度,反压了发送速度。

协议规定:VALID 信号一旦置起就不能拉低,直到此次传输完成。对于接收方编程来说,检测到 VALID 信号置起,如果系统正忙,完全可以让发送方等待,发送方在完成传输之前都不会置低 VALID 信号,不需要考虑发送方撤销传输的可能。

协议另外规定:发送方不能在置起 VALID 信号之前就光等待 READY 信号。

这句阅读理解有点难,原文为:

作者个人从总线接口编程的角度理解,READY 信号可能先到达,如下图的情况。但是发送方编程时,不能依赖 READY 信号先到达的情况。不能将 READY 信号置高作为置高 VALID 的条件,比如将 READY 信号通过组合逻辑生成 VALID 信号。

换句话说,发送方准备发送,置起 VALID 信号是完全主动的过程。接收方按照协议可以依赖发送方,但如果此时发送方也依赖接收方,就会造成死锁的情况,所以协议在这里规定了 VALID 信号的主动性。


2.READY 信号先到达

READY 信号很自由,可以等待 VALID 信号到来再做响应,但也完全可以在 VALID 信号到来前就置高,表示接收端已经做好准备了。

READY 信号与 VALID 不同,接收方可以置起 READY 之后发现:其实我好像还挺忙,然后拉低 READY 信号。只要此时 VALID 信号没有置起,这种操作是完全可以。


3.同时到达

同时到达就很简单,等到下一个时钟上升沿 T2,传输就这么轻松愉快地完成了,一个时钟周期里就完成了。

结语

好了,今天的文章就到这里了,就像本文开头说的 : 一点儿也不深入。

文章讨论了 AXI 总线的基本特征:VALID/READY 握手机制,并了解到握手的三种情况以及一些协议的规定。

接下来我们会具体到 5 个通道讨论握手问题,并且进一步了解这 5 个通道。(这似乎可以分成两篇文章水。。)


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编辑于 2019-05-20

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