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AXI4.0总线协议简介

Advanced eXtensible Interface (AXI) protocol是有ARM公司提出的高级可扩展接口协议，在AMBA4.0中将其修改升级为AXI4.0。主要包括AXI4.0、AXI4.0-lite、ACE4.0、AXI4.0-stream这四种。Xilinx从Spartan-6和Virtex-6设备开始，引入了AXI协议，因为其优点有很多，就不罗嗦了。总之，AXI4.0在ip核以及zynq的ps与pl交互中扮演这重要的角色，所以必须对此协议有一定的认识。
说到协议我想我们最先想到的一定是IIC、SPI、485等总线协议，它们其实和AXI4.0是由本质区别的。前者是外部通信协议，用于两个控制器之间通信。而AXI4.0用于控制器内部通信。类似STM32中外设与CPU之间的通信，比如当我们访问串口的数据寄存器时，就需要通过内部协议来访问。当然，zynq的ps与pl交互就属于控制器内部通信，Xilinx选择了AXI4.0协议作为他们的交互协议。

ZYNQ中使用的AXI4.0协议

在ZYNQ平台上，主要用到了AXI4.0协议族中的AXI4.0(AXI4.0-full)、AXI4.0-lite、AXI4.0-stream三种协议。下面是三者的简单比较。

1. 各自特点
   1. AXI4.0-lite是AXI4.0-full的简化版。用于简单、低吞吐量的内存映射通信。
      1. 由于没有突发传输相关的信号线，所以不能进行突发传输，因此每次传输只能传输一个数据(数据的宽度取决于带宽)。比如对于32位宽度的总线，那么一次就能传输4个字节。
   2. AXI4.0-full用于高性能内存映射需求。
      1. 包含突发控制信号，所以可以进行突发传输，在只指定一次地址后，可以一次传输多达256个数据(数据的宽度取决于带宽)。
   3. AXI_stream用于高速流数据。
      1. 由于没有地址总线，所以用于数据流传送，允许无限制的数据突发传输规模。
2. 应用场景
   1. AXI4.0-lite主要用于内核和外设寄存器之间的通信。功能类似STM32中外设与CPU之间的通信时使用的协议，比如当访问串口的数据寄存器时，只访问四个字节的数据，所以使用AXI4.0-lite就特别合适。再比如，在PL写一个用于PS端操作的外设时，其外设寄存器一般通过AXI4.0-lite总线和PS交互。
   2. AXI4.0-full主要用于往DDR或者OCM中写入大量数据时使用。
   3. AXI_stream主要用于往FIFO等没有地址的数据缓冲区传送大量数据时使用。

关于每种协议详细的使用会在单独介绍中详细介绍，下面主要描述他们一致的地方。

AXI4_lite 和 AXI4-full 协议

要对AXI4.0-lite和AXI4.0-full有一个全面的整体的框架认识，就必须熟记两点

1. 五个独立的协议通道
   1. 读地址通道(AR)
   2. 读数据通道®
   3. 写地址通道(AW)
   4. 写数据通道(W)
   5. 写应答通道(B)
2. 每个通道的握手过程
   1. AXI4.0采用双向握手机制(two-way handshake mechanism)。

关于AXI4_lite协议的详细介绍请参看AXI4_lite协议详解。
关于AXI4-full协议的详细介绍请参看AXI4-full协议详解。

握手过程

每个通道在进行数据交互时，都需要先进行双向握手，以保证数据的可靠传输(双向握手控制机制意味着主从双方都可以控制信息移动的速率)。双向握手机制使用xxVALID和xxREADY信号线来控制，只有当xxVALID和xxREADY信号线都为高电平时，传输线上的信息才有效。下图是三种有效的握手协议时序图。在复位期间，所有的xxVALID信号必须复位为低电平。

通道之间的关系

下图是主机在写数据和读数据时五个通道之间的关系。

1. 写数据过程
   1. 主机用写地址通道(AW)写要写数据地址
   2. 主机用写数据通道(W)写数据
   3. 从机用写应答通道(B)写应答
2. 读数据过程
   1. 主机用读地址通道(AR)写要读数据的地址
   2. 从机用读数据通道®给主机传送要读的数据。

AXI4.0-stream协议

与AXI4.0-lite和AXI4.0-full协议不同，AXI4.0-stream协议没有上面提到的五个通道。但握手过程与上面的一致，此处不再罗嗦。
对于AXI4.0-stream协议，经过握手后，直接进行信息传输。关于axi4-stream协议的详细介绍请参看AXI4_stream协议详解。

文档参考

1. IHI0022G_amba_axi_protocol_spec.pdf
2. IHI0051A_amba4_axi4_stream_v1_0_protocol_spec.pdf
3. ug761_axi_reference_guide.pdf