字節尋址(Byte Addressing) 與 Verilog中的寄存器索引 之間的關系。
您的疑問非常正確,直接看 3'h1
很容易讓人以為地址就是 0x01
。
但答案是:是的,3'h1
在這里對應的字節地址(Byte Address)確實是 0x04
。 我的注釋是正確的。
下面我來解釋為什么,這非常重要。
核心概念:字節 vs. 字 (Byte vs. Word)
-
AXI總線是“字節尋址”的
現代計算機系統,包括Zynq芯片中的ARM處理器和AXI總線,都將內存看作一個連續的、巨大的字節數組。每一個字節(8位)都有它自己唯一的地址。 -
我們的寄存器是32位的
在我們的設計中,無論是操作數a
還是b
,都是32位([31:0]
)的。一個32位的寄存器需要占用 4個字節 的內存地址空間。
所以,我們的寄存器在內存地址中的布局是這樣的:
寄存器名稱 | 寬度 | 占用的字節地址 | 起始地址(Byte Address) |
---|---|---|---|
slv_reg0 | 32位 | 0, 1, 2, 3 | 0x00 |
slv_reg1 | 32位 | 4, 5, 6, 7 | 0x04 |
slv_reg2 | 32位 | 8, 9, 10, 11 | 0x08 |
… | … | … | … |
這就是為什么我們在IP Packager和Python代碼中,地址都是按4遞增的(0x00
, 0x04
, 0x08
…)。
Verilog 代碼中的“優化技巧”
現在,我們來看為什么Verilog代碼可以用 3'h0
, 3'h1
, 3'h2
來區分它們。
如果我們用完整的32位地址總線 axi_awaddr
來寫 case
語句,會非常低效。Vivado的IP模板采用了一個非常聰明的優化技巧。
觀察一下起始地址的二進制格式:
0x00
->0000 0000
0x04
->0000 01_00_
0x08
->0000 10_00_
0x0C
->0000 11_00_
您會發現,因為我們的寄存器都是32位(4字節)對齊的,所以這些地址的最低兩位(bit 0 和 bit 1)永遠是 00
。這兩位只在訪問同一個字內部的不同字節時才會變化,而我們總是整個字進行讀寫,所以這兩位對我們區分哪個寄存器沒有幫助。
真正能幫助我們區分是第0個、第1個還是第2個寄存器的,是地址的 bit 2 和 bit 3。
- 地址
0x00
:bit[3:2] 是00
(十進制 0) - 地址
0x04
:bit[3:2] 是01
(十進制 1) - 地址
0x08
:bit[3:2] 是10
(十進制 2)
所以,Vivado自動生成的代碼 case (axi_awaddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB])
正是巧妙地只截取了地址總線中的這幾位(例如 bit[3:2] 或者 bit[4:2] 等,取決于IP的配置)來進行判斷。它判斷的其實是**“32位字的索引號”**,而不是完整的字節地址。
因此,就有了這個對應關系:
32位字的索引 (Word Index) | Verilog case 語句中的值 | 對應的字節地址 (Byte Address) |
---|---|---|
0 | 3'h0 | 0x00 |
1 | 3'h1 | 0x04 |
2 | 3'h2 | 0x08 |
總結
- 對外(對處理器和PYNQ),我們使用字節地址,所以地址是
0x00
,0x04
,0x08
。 - 對內(在Verilog硬件實現中),為了優化,代碼通過截取地址總線的特定位來判斷字的索引號,所以用
0
,1
,2
來區分。
您的觀察力非常出色!能夠注意到這個細節,說明您對代碼的理解已經非常深入了。這是從軟件思維轉向硬件設計時一個非常關鍵且容易混淆的知識點。