AXI总线（1）从AXI-lite入手了解协议（读）

前言

我们常在各种场合遇到axi总线，例如在使用高速总线协议aurora协议，例如在生成常用IP核（例如RAM）时的AXI总线选择，例如在使用zynq等等，当然，在纯粹的FPGA玩家中，axi大多数还是出现在高速总线的内部互联中。

上面说的只是我在赛灵思FPGA使用中的一点认识，当然AXI不可能只存在赛灵思中，AXI总线已经成为与赛灵思或英特尔提供的IP核合作的重要标准。这一通用标准旨在使设计与各种片上系统内核（如赛灵思的MicroBlaze或英特尔的NiosII）的接口变得简单。该总线也被ARM使用，因此它自然适合Zynq和Soc+FPGA产品。

要实现正确的性能和高速性能，可能是一个挑战。今天，我们将仅限于AXI-lite总线：AXI的一个版本，既不支持突发，也不支持锁定，也不支持交易ID，也不支持不同的服务质量保证。

构想AXI系列博文的目的也是在实践中经常遇到AXI总线，虽然也在IP核中使用，但是总感觉不得要领，于是想更深入的了解下，从基础开始，总结并分享。

分清AXI信号含义

如果没有从头开始认识AXI总线的话，恐怕大家都有一个感受，AXI的各种信号是什么含义？哪个信号是主设备的信号，哪个是从设备的信号，奇怪的字母组合代表什么含义？

这些都搞不清，更别提看懂协议看懂时序图了。
本篇作为起始之篇，本小节就先了解这些内容。

AXI总线作为主从设备通信的总线，通信的关键是各种READY和VALID信号。*VALID用于发出有效（valid）请求或确认（acknowledgement）的信号。这两个信号共同构成一个握手。当信道的一方有信息要发送时，无论是请求（request）还是确认(acknowledgement)，都会设置一个有效(valid)信号，而另一方则控制一个就绪(ready)信号。AXI规范还包含一个非常具体的要求：有效(valid)信号的拉高永远不能依赖于同一通道的就绪(ready)信号。

有效(valid)信号的拉高永远不能依赖于同一通道的就绪(ready)信号。

这句话的意思是：valid和ready是解耦合的，主设备不会因为从设备没有ready好而不发出valid请求，当然反之亦然；

我们常常看到AXI信号的各种前缀以及后缀，例如：

这是一个AXI-lite的读通信协议时序图，前缀S_*的含义是这些信号是从设备的输入以及输出；

AXI的含义是该信号是AXI信号，这是AXI信号的专属；

我们还可以看到在VALID以及READY等等我们熟悉的信号前面还有AR，R之类的字符，这是什么含义呢？

这就得从AXI的结构来看了：

一般的AXI有五个这样的通道，而不是一个读写请求通道和一个确认-响应通道。对于向总线写数据，有写地址通道、写数据通道和写响应通道。对于从总线上读取数值，有一个读地址-请求通道和一个读响应通道。

今天，我们只讨论这个接口的AXI-lite版，可以认为是轻量版，精简版。与完整的AXI规范不同，AXI-lite从这种交互中删除了很多功能。也许最大的区别是，在AXI-lite中，任何读写请求一次只能引用一个数据，而且不需要为每个事务提供唯一的标识符。还有其他一些小的区别。AXI-lite没有要求实现锁定、服务质量或任何缓存协议。

有这些损失也是正常的，既然是精简版，精简了内容，还要求全面的效果，怎么可能呢？

鱼与熊掌不可兼得也！

说了这么多，可以说AR，R之类的含义了，AR是Address Read，R表示Read。这些也是根据上面的AXI BUS的五个通道信息得来的。

我们再来看这个时序图：

就可以知道一些信息了：

S_AXI_ARVALID，作为从设备的输入，由主设备产生该信号，表示主设备要发起读请求了，要读就得有读地址，读地址伴随着读地址有效信号，即该信号。读地址就是时序图中的S_AXI_ARADDR，AR的含义同样如此。

当从设备准备好接受时，就是拉高准备信号Ready，即S_AXI_ARREADY信号。

S_AXI_ARVALID与S_AXI_ARREADY信号同时为高，表示达成握手，我请求有效了，你也准备好了，就通信吧，你情我愿。

从设备接收到请求信号后以及地址后，就得响应人家的请求呀，最终就是吐出人家要的读数据，S_AXI_RVALID，即读数据有效信号，主设备收到该信号后，就知道数据返回了，主设备如果空闲，S_AXI_RREADY有效，就收到了读数据，一次大的握手完成。当然，上述时序图没有画出读数据信号，读返回数据与S_AXI_RVALID保持同步。

AXI-lite 读

关于AXI-lite的读，在上一小节已经给出大概过程了，就是一次简单的握手。

大致过程就是上一小节说的那样，但是，事实上，还有一个信号没有说全，下面引出：

在从设备响应读请求中，在这个例子中，从机发出确认信号S_AXI_RVALID后，由于主设备将S_AXI_RREADY保持在高电平，所以确认只需要保持一个高电平。此外，除了S_AXI_RVALID之外，从机还将读取结果S_AXI_RDATA返回，以及S_AXI_RRESP，即任何潜在错误状况的指示器。与上面的S_AXI_ARADDR信号一样，这两个信号也是确认信号的一部分。

下面对上述过程的描述给出补充总结：

1. 一旦S_AXI_ARVALID被拉高，它必须保持高电平，直到S_AXI_ARVALID && S_AXI_ARREADY。

2. 当S_AXI_ARVALID为真，但从机还没有提出S_AXI_ARREADY时，S_AXI_ARADDR必须保持不变。

同样，一旦S_AXI_RVALID回复确认请求被拉高，它也必须保持高电平，直到S_AXI_RVALID&&S_AXI_RRESP都为真。

3. 与读地址通道一样，当S_AXI_RVALID为真而主设备还没有拉高S_AXI_RREADY时，S_AXI_RDATA和S_AXI_RRESP必须保持不变。

4. 对于每一个有S_AXI_ARVALID && S_AXI_ARREADY的请求，在某个时间段内必须有一个S_AXI_RVALID && S_AXI_RREADY的时钟周期。

需要注意的是AXI总线协议中没有总线终止功能。因此，在发生总线错误后，你仍然需要处理任何剩余的确认。

为了使事情顺利进行，我们还想坚持在一些实现定义的最小的时钟等待之后，从机必须提出S_AXI_ARREADY。

这同样适用于反向链接：当S_AXI_RVALID为高时，主站不应该被允许无限期地保持S_AXI_RREADY为低。

最后

下一篇博文给出写的过程。