【總線】AXI4第六課時：尋址選項深入解析

??大家好,歡迎來到今天的總線學習時間!如果你對電子設計、特別是FPGA和SoC設計感興趣，那你絕對不能錯過我們今天的主角——AXI4總線。作為ARM公司AMBA總線家族中的佼佼者，AXI4以其高性能和高度可擴展性，成為了現代電子系統中不可或缺的通信橋梁。

? ? ? ? 上幾課時我們了解了AMBA和AXI的歷史，也知道AXI4有5個獨立的管道，并且有獨立的握手機制，本章節更細致的講一下AXI的尋址選項深入解析。

? ? ? ? 這里會有一系列的課程，和大家分享AMBA總線家族，歡迎大家一起學習，收藏點贊。

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概念

關于尋址選項

突發長度

突發大小

突發類型

突發地址

升華！?

尋址選項的重要性

突發長度的實際應用

突發大小對性能的影響

突發類型的選擇

突發地址的計算方法

結論

????????在深入理解AMBA AXI協議的尋址選項之前，我們需要明確幾個基本概念：突發傳輸、地址計算、以及如何利用這些選項來優化數據訪問。

????????第一章節直接翻譯的官方文檔。第二章對官方文檔進行說明解釋，幫助大家理解。

概念

關于尋址選項

AXI協議是基于突發的，主設備通過驅動傳輸控制信息和突發傳輸的第一個字節的地址來開始每個突發。隨著突發事務的進展，計算突發內連續傳輸地址的責任在于從設備。突發不得跨越4KB邊界，以防止它們跨越不同從設備之間的邊界，并限制從設備內部所需的地址增量器的大小。

突發長度

AWLEN或ARLEN信號指定了每個突發中發生的數據傳輸的數量。如表4-1所示，每個突發可以包含1到16個傳輸。對于包裝突發，突發長度必須為2、4、8或16個傳輸。每個事務必須完成ARLEN或AWLEN指定的傳輸數量。任何組件都不能提前終止突發以減少數據傳輸的數量。在寫入突發期間，如果主設備通過取消所有寫入使能信號來禁用進一步的寫入，它必須完成突發中的剩余傳輸。在讀取突發期間，主設備可以丟棄不需要的進一步讀取數據，但它必須完成突發中的剩余傳輸。

注意：丟棄不需要的讀取數據可能導致在訪問諸如FIFO之類的讀取敏感設備時丟失數據。主設備在使用比需要的更長的突發長度訪問此類設備時，絕不能這樣做。

表突發長度編碼

ARLEN[3:0]	AWLEN[3:0]	數據傳輸數量
b0000		1
b0001		2
...	...	...
b1101		14
b1110		15
b1111		16

突發大小

表4-2展示了ARSIZE或AWSIZE信號如何指定突發傳輸中每個節拍傳輸的最大數據字節數。AXI根據傳輸地址確定數據總線上使用的字節道。

對于增量或包裝突發，如果傳輸大小小于數據總線寬度，則每個節拍的數據傳輸在不同的字節道上進行。固定突發的地址保持不變，每個傳輸使用相同的字節道。任何傳輸的大小都不能超過事務中組件的數據總線寬度。

表突發大小編碼

ARSIZE[2:0]	AWSIZE[2:0]	傳輸中的字節數
b000		1
b001		2
b010		4
b011		8
b100		16
b101		32
b110		64
b111		128

突發類型

AXI協議定義了三種突發類型：

固定突發（Fixed Burst）：在固定突發中，突發內每個傳輸的地址都保持不變。這種突發類型適用于對同一位置的重復訪問，例如加載或清空外圍FIFO。
增量突發（Incrementing Burst）：在增量突發中，突發內每個傳輸的地址是前一個傳輸地址的增量。增量值取決于傳輸的大小。例如，在大小為四個字節的突發中，每個傳輸的地址是前一個地址加四。
包裝突發（Wrapping Burst）：包裝突發類似于增量突發，但是當達到包裝邊界時，地址會回繞到較低的地址。包裝邊界是突發中每個傳輸的大小乘以突發的總傳輸數量。

表突發類型編碼

ARBURST[1:0]	AWBURST[1:0]	突發類型	訪問類型
b00	b00	FIXED	固定地址突發
b01	b01	INCR	增量地址突發
b10	b10	WRAP	包裝地址突發
b11	b11	Reserved	保留

突發地址

本節提供了一些簡單的公式，用于確定突發傳輸中的地址和字節道。這些公式使用了以下變量：

Start_Address：主設備發出的起始地址。
Number_Bytes：每個數據傳輸的最大字節數。
Data_Bus_Bytes：數據總線的字節道數。
Aligned_Address：起始地址的對齊版本。
Burst_Length：突發內總的數據傳輸數量。
Address_N：突發內第N個傳輸的地址。N是2到16之間的整數。
Wrap_Boundary：包裝突發內的最低地址。
Lower_Byte_Lane：傳輸中的最低地址字節的字節道。
Upper_Byte_Lane：傳輸中的最高地址字節的字節道。
INT(x)：x的向下取整整數值。

使用這些方程來確定突發內傳輸的地址：

起始地址：Start_Address = ADDR
每個數據傳輸的字節數：Number_Bytes = 2^SIZE
突發長度：Burst_Length = LEN + 1
對齊的起始地址：Aligned_Address = INT(Start_Address / Number_Bytes) * Number_Bytes

使用這些方程來確定突發內第一個傳輸的地址：

第一個傳輸的地址：Address_1 = Start_Address

使用這些方程來確定突發內第一個傳輸后的任何傳輸的地址：

Address_N = Aligned_Address + (N – 1) * Number_Bytes

對于包裝突發，使用以下方程來確定包裝邊界：

Wrap_Boundary = INT(Start_Address / (Number_Bytes * Burst_Length)) * (Number_Bytes * Burst_Length)

如果Address_N等于Wrap_Boundary加上Number_Bytes乘以Burst_Length，則使用以下方程：

Address_N = Wrap_Boundary

使用這些方程來確定突發內第一個傳輸使用的字節道：

Lower_Byte_Lane = Start_Address - INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes) * Data_Bus_Bytes
Upper_Byte_Lane = Aligned_Address + (Number_Bytes - 1) * INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes) * Data_Bus_Bytes

使用這些方程來確定突發內第一個傳輸后所有傳輸使用的字節道：