【总线】AXI4第六课时：寻址选项深入解析

大家好,欢迎来到今天的总线学习时间!如果你对电子设计、特别是FPGA和SoC设计感兴趣，那你绝对不能错过我们今天的主角——AXI4总线。作为ARM公司AMBA总线家族中的佼佼者，AXI4以其高性能和高度可扩展性，成为了现代电子系统中不可或缺的通信桥梁。

上几课时我们了解了AMBA和AXI的历史，也知道AXI4有5个独立的管道，并且有独立的握手机制，本章节更细致的讲一下AXI的寻址选项深入解析。

这里会有一系列的课程，和大家分享AMBA总线家族，欢迎大家一起学习，收藏点赞。

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【总线】AXI4第六课时：寻址选项深入解析-CSDN博客

概念

关于寻址选项

突发长度

突发大小

突发类型

突发地址

升华！

寻址选项的重要性

突发长度的实际应用

突发大小对性能的影响

突发类型的选择

突发地址的计算方法

结论

在深入理解AMBA AXI协议的寻址选项之前，我们需要明确几个基本概念：突发传输、地址计算、以及如何利用这些选项来优化数据访问。

第一章节直接翻译的官方文档。第二章对官方文档进行说明解释，帮助大家理解。

概念

关于寻址选项

AXI协议是基于突发的，主设备通过驱动传输控制信息和突发传输的第一个字节的地址来开始每个突发。随着突发事务的进展，计算突发内连续传输地址的责任在于从设备。突发不得跨越4KB边界，以防止它们跨越不同从设备之间的边界，并限制从设备内部所需的地址增量器的大小。

突发长度

AWLEN或ARLEN信号指定了每个突发中发生的数据传输的数量。如表4-1所示，每个突发可以包含1到16个传输。对于包装突发，突发长度必须为2、4、8或16个传输。每个事务必须完成ARLEN或AWLEN指定的传输数量。任何组件都不能提前终止突发以减少数据传输的数量。在写入突发期间，如果主设备通过取消所有写入使能信号来禁用进一步的写入，它必须完成突发中的剩余传输。在读取突发期间，主设备可以丢弃不需要的进一步读取数据，但它必须完成突发中的剩余传输。

注意：丢弃不需要的读取数据可能导致在访问诸如FIFO之类的读取敏感设备时丢失数据。主设备在使用比需要的更长的突发长度访问此类设备时，绝不能这样做。

表突发长度编码

ARLEN[3:0]	AWLEN[3:0]	数据传输数量
b0000		1
b0001		2
...	...	...
b1101		14
b1110		15
b1111		16

突发大小

表4-2展示了ARSIZE或AWSIZE信号如何指定突发传输中每个节拍传输的最大数据字节数。AXI根据传输地址确定数据总线上使用的字节道。

对于增量或包装突发，如果传输大小小于数据总线宽度，则每个节拍的数据传输在不同的字节道上进行。固定突发的地址保持不变，每个传输使用相同的字节道。任何传输的大小都不能超过事务中组件的数据总线宽度。

表突发大小编码

ARSIZE[2:0]	AWSIZE[2:0]	传输中的字节数
b000		1
b001		2
b010		4
b011		8
b100		16
b101		32
b110		64
b111		128

突发类型

AXI协议定义了三种突发类型：

固定突发（Fixed Burst）：在固定突发中，突发内每个传输的地址都保持不变。这种突发类型适用于对同一位置的重复访问，例如加载或清空外围FIFO。
增量突发（Incrementing Burst）：在增量突发中，突发内每个传输的地址是前一个传输地址的增量。增量值取决于传输的大小。例如，在大小为四个字节的突发中，每个传输的地址是前一个地址加四。
包装突发（Wrapping Burst）：包装突发类似于增量突发，但是当达到包装边界时，地址会回绕到较低的地址。包装边界是突发中每个传输的大小乘以突发的总传输数量。

表突发类型编码

ARBURST[1:0]	AWBURST[1:0]	突发类型	访问类型
b00	b00	FIXED	固定地址突发
b01	b01	INCR	增量地址突发
b10	b10	WRAP	包装地址突发
b11	b11	Reserved	保留

突发地址

本节提供了一些简单的公式，用于确定突发传输中的地址和字节道。这些公式使用了以下变量：

Start_Address：主设备发出的起始地址。
Number_Bytes：每个数据传输的最大字节数。
Data_Bus_Bytes：数据总线的字节道数。
Aligned_Address：起始地址的对齐版本。
Burst_Length：突发内总的数据传输数量。
Address_N：突发内第N个传输的地址。N是2到16之间的整数。
Wrap_Boundary：包装突发内的最低地址。
Lower_Byte_Lane：传输中的最低地址字节的字节道。
Upper_Byte_Lane：传输中的最高地址字节的字节道。
INT(x)：x的向下取整整数值。

使用这些方程来确定突发内传输的地址：

起始地址：Start_Address = ADDR
每个数据传输的字节数：Number_Bytes = 2^SIZE
突发长度：Burst_Length = LEN + 1
对齐的起始地址：Aligned_Address = INT(Start_Address / Number_Bytes) * Number_Bytes

使用这些方程来确定突发内第一个传输的地址：

第一个传输的地址：Address_1 = Start_Address

使用这些方程来确定突发内第一个传输后的任何传输的地址：

Address_N = Aligned_Address + (N – 1) * Number_Bytes

对于包装突发，使用以下方程来确定包装边界：

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，则使用以下方程：

Address_N = Wrap_Boundary

使用这些方程来确定突发内第一个传输使用的字节道：

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

使用这些方程来确定突发内第一个传输后所有传输使用的字节道：