AXI Interconnect IP核內部包含一個 Crossbar IP核，用于在 Slave Interfaces（SI）和 Master Interfaces（MI）之間路由傳輸。在連接 SI 或 MI 到 Crossbar 的每條路徑上，可以選擇性地添加一系列 AXI Infrastructure cores（耦合器），以執行各種轉換和緩沖功能。這些耦合器包括 Register Slice、Data FIFO、Clock Converter、Data Width Converter 和 Protocol Converter。

這些耦合器的功能如下：

• Register Slice：通常用于在數據路徑中插入一個或多個寄存器級延遲，以便滿足時序要求或進行數據緩沖。
• Data FIFO：用于在數據傳輸過程中提供緩沖，以確保數據流的連續性和穩定性。當主設備和從設備之間的數據傳輸速率不匹配時，Data FIFO 可以起到平衡作用。
• Clock Converter：當主設備和從設備在不同的時鐘域中運行時，Clock Converter 負責將數據從一個時鐘域轉換到另一個時鐘域，以確保數據的正確同步和傳輸。
• Data Width Converter：當主設備和從設備的數據寬度不同時，Data Width Converter 負責將數據從一個數據寬度轉換到另一個數據寬度，以便在它們之間進行數據傳輸。
• Protocol Converter：當主設備和從設備使用不同的 AXI 子協議（如 AXI4、AXI3 或 AXI4-Lite）時，Protocol Converter 負責在它們之間進行協議轉換，以確保數據的正確傳輸。

AXI Interconnect IP核可以根據需要進行配置，以支持最多16個Slave Interfaces (SI) 和最多16個Master Interfaces (MI)。每個SI連接到一個AXI主設備，用于接收寫和讀事務請求。每個MI則連接到一個AXI從設備，并向從設備發出事務。

在AXI Interconnect IP核的中心是交叉開關（crossbar）IP核，它負責在SI和MI之間的所有AXI通道上路由傳輸。在SI和交叉開關之間或交叉開關和MI之間的每條路徑上，可以有一個或多個基礎核（infrastructure cores），它們執行各種轉換和存儲功能。

交叉開關有效地將AXI Interconnect IP核在SI相關功能單元（SI半球）和MI相關單元（MI半球）之間進行了分隔。

AXI Interconnect IP核的使用模型非常靈活，它可以將一個或多個AXI內存映射主設備連接到一個或多個內存映射從設備。每個連接的主設備可能是發起AXI事務的IP核（端點主設備），或者是上游AXI Interconnect IP核的級聯主接口。每個連接的從設備可能是AXI事務的最終目標（端點從設備），或者是下游AXI Interconnect IP核的級聯從接口。此外，連接的主設備或從設備也可以是AXI基礎轉換/存儲 IP核之一，盡管這些功能通常在AXI Interconnect IP核內部執行，以避免頂層設計的混亂。

每個AXI Interconnect IP核都可以配置為執行以下一般連接模式之一：

• N-to-1 互聯
• 1-to-N 互聯
• N-to-M 互聯（交叉開關模式）
• N-to-M 互聯（共享訪問模式）

互聯也可以配置為連接一個主設備到一個從設備，在這種情況下，IP集成器將自動實例化并配置路徑上所需的任何耦合器。

1 N-to-1 互聯

當多個主設備需要訪問單個從設備（如內存控制器）時，應使用N-to-1配置的AXI Interconnect IP核。

在這種配置中，還可以執行任何可選的轉換功能，如數據寬度和時鐘速率轉換，如圖2-2所示。通過AXI Interconnect IP核，多個主設備可以按照預定的優先級或仲裁機制訪問共享的從設備，同時保持數據傳輸的效率和正確性。

2 1-to-N 互聯

當單個主設備（通常是處理器）需要訪問多個內存映射的從設備（外設）時，應使用1-to-N配置的AXI Interconnect IP核。在這種情況下，不需要進行仲裁（在地址和寫數據路徑上），因為只有一個主設備在發送請求。

在1-to-N配置中，AXI Interconnect IP核將單個主設備的AXI事務路由到多個從設備。每個從設備通常代表一個不同的內存映射外設，如GPIO、UART、SPI等。由于沒有多個主設備競爭訪問，因此不需要進行仲裁。

圖2-3展示了這種配置的簡化示例，其中單個主設備通過AXI Interconnect IP核連接到多個從設備。AXI Interconnect IP核確保主設備的事務被正確地路由到目標從設備，同時可能還執行一些轉換或緩沖功能（如果需要）。

這種配置適用于需要處理器訪問多個外設的嵌入式系統，其中處理器作為主設備，而各個外設作為從設備。通過使用AXI Interconnect核心，可以簡化系統設計，提高性能和可靠性。

3?N-to-M互聯

N-to-M互聯（交叉開關模式）是AXI Interconnect IP核的一種應用場景，它采用共享地址多數據（SAMD）拓撲結構，通過稀疏數據交叉開關連接，使用單一的共享寫和讀地址仲裁。

在這種模式下，AXI Interconnect IP核可以同時處理來自多個主設備（N個）的事務請求，并將它們路由到多個從設備（M個）。交叉開關的設計使得任何主設備都可以與任何從設備進行通信，從而實現了高度靈活的連接性。

圖2-4和圖2-5可能展示了這種配置的示意圖，其中可以看到主設備和從設備通過交叉開關進行連接，共享地址仲裁模塊負責處理所有設備的地址請求，確保數據能夠正確、高效地傳輸。

這些圖并非直接提供，但可以根據描述自行繪制或查找相關資料以獲取更詳細的信息。

在AXI Interconnect IP核的N-to-M互聯（交叉開關模式）中，根據配置的稀疏連接映射，每個SI（Slave Interface）槽位通過并行的寫和讀數據路徑連接到它可以訪問的所有MI（Master Interface）槽位。當多個源需要向不同的目標發送數據時，只要滿足AXI順序規則，數據傳輸就可以獨立且并發地進行。

通過禁用未使用的路徑，可以減少數據路徑復用邏輯和地址解碼邏輯，從而降低FPGA資源的利用率并加快時序路徑。

所有SI槽位的寫地址通道都輸入到中央地址仲裁器中，該仲裁器一次只允許一個SI槽位訪問。讀地址通道也采用相同的處理方式。每個仲裁周期的獲勝者將其地址信息傳輸到目標MI槽位，并將條目推入適當的命令隊列中，這些命令隊列使各種數據路徑能夠將數據路由到正確的目的地，同時強制執行AXI順序規則。

交叉開關模式僅在AXI Crossbar被配置為AXI4或AXI3協議時可用。這種模式允許在復雜的系統中實現高效且靈活的數據傳輸。