基于AMBA 3 AXI協(xié)議的規(guī)劃方案

要想正確領(lǐng)會(huì)工程師在基于AMBA 3 AXI協(xié)議的設(shè)計(jì)中所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)復(fù)雜性，必須首先了解AMBA 3 AXI協(xié)議自身的技術(shù)特點(diǎn)。AMBA 3 AXI協(xié)議由30多家公司協(xié)作開發(fā)，用于滿足下一代設(shè)計(jì)的需要。AMBA 3 AXI協(xié)議定義了一個(gè)單向的通道架構(gòu)，能夠有效地使用寄存器分段實(shí)現(xiàn)更高速度的管道連接。憑借對(duì)多事務(wù)處理和亂序事務(wù)處理的支持，再加上對(duì)讀、寫和地址/ 控制通道的有效利用，它能使系統(tǒng)獲得更高的性能和效率，系統(tǒng)性能僅受限于其外圍設(shè)備的自身性能。

AMBA 3 AXI協(xié)議：

通道能力

通道概念的引入使AMBA 3 AXI架構(gòu)與以前的AMBA協(xié)議有很大的不同。5個(gè)獨(dú)立通道的每一個(gè)都由一組信息信號(hào)組成，并使用雙向VALID和READY握手機(jī)制。信息源使用 VALID信號(hào)表明通道上的數(shù)據(jù)和控制信息何時(shí)有效，目的端使用READY信號(hào)表明何時(shí)能夠接收數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)通道和寫數(shù)據(jù)通道都包含一個(gè)LAST信號(hào)，以顯示事務(wù)處理中最后一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的傳遞何時(shí)發(fā)生。每一個(gè)讀事物處理和寫事物處理都有自己的地址通道，地址通道中包含了事物處理所需的所有地址和控制信息。讀數(shù)據(jù)通道傳送讀數(shù)據(jù)和任何由從設(shè)備返回到主設(shè)備的讀響應(yīng)信息，其數(shù)據(jù)總線寬度可以是8位~1024位，讀響應(yīng)信息表明讀事物處理的完成狀態(tài)。寫數(shù)據(jù)通道傳送主設(shè)備到從設(shè)備的寫數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)總線寬度可以是8位~1024位。寫數(shù)據(jù)通道還包括1個(gè)字節(jié)的狹窄通道，對(duì)每8個(gè)數(shù)據(jù)位進(jìn)行過濾，表明數(shù)據(jù)總線上哪些字節(jié)是有效的。對(duì)獨(dú)立數(shù)據(jù)傳送的支持使總線得到了更有效的使用，能獲得更高的性能、更低的時(shí)延和增強(qiáng)的帶寬操作。

針對(duì)AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解決方案

基于AMBA 3 AXI協(xié)議的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證一個(gè)基于該標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)變成一項(xiàng)主要工作，并需要大量的專門技術(shù)。通過提供給工程師公共的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證IP模塊，實(shí)現(xiàn)從模塊級(jí)到子系統(tǒng)級(jí)的快速實(shí)現(xiàn)和確認(rèn)，針對(duì)AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解決方案使設(shè)計(jì)變得輕松。另外，coreAssembler 工具可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的自動(dòng)裝配，并自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)。當(dāng)使用DesignWare IP 解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)者能夠快速裝配、綜合和驗(yàn)證基于AMBA 3 AXI的設(shè)計(jì)。

DesignWare綜合IP

DesignWare的綜合IP是三部分解決方案中的第一部分，它實(shí)現(xiàn)了基于AMBA 3 AXI協(xié)議的高帶寬、低時(shí)延和高性能設(shè)計(jì)的快速應(yīng)用。綜合IP包括3個(gè)關(guān)鍵的組件：互連總線結(jié)構(gòu)、AXI到AHB子橋、主/從通用接口模塊。這些組件是任何SoC新設(shè)計(jì)的基本構(gòu)造模塊，并能使設(shè)計(jì)者輕松實(shí)現(xiàn)基于AMBA 3 AXI協(xié)議的體系架構(gòu)。這些IP組件也有助于將現(xiàn)有IP和特定應(yīng)用模塊轉(zhuǎn)換至AMBA 3 AXI架構(gòu)，因此確保了更高的資源重用性。

DesignWare互連架構(gòu)(DW_axi)是基于AMBA 3 AXI 協(xié)議設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)互連架構(gòu)的最佳解決方案。DW_axi的配置靈活性提供給工程師一組功能集合，以滿足他們具有優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)需求。DW_axi是一個(gè) AMBA 3 AXI協(xié)議的RTL互連實(shí)現(xiàn)，在那里不同的主、從設(shè)備之間會(huì)發(fā)生同時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。組件可以被配置成支持高達(dá)16個(gè)主設(shè)備和從設(shè)備，它們都支持所有指定了地址和數(shù)據(jù)寬度的協(xié)議。DW_axi基于一個(gè)多地址、多數(shù)據(jù)的總線架構(gòu)，并帶有一個(gè)可選的內(nèi)建系統(tǒng)解碼器。每一個(gè)事物處理在地址通道上都有地址和控制信息，以描述數(shù)據(jù)被傳送的特性。數(shù)據(jù)在主設(shè)備和從設(shè)備之間傳送，可通過寫數(shù)據(jù)通道傳送至從設(shè)備，或通過讀數(shù)據(jù)通道傳送至主設(shè)備。在寫事物處理中，AMBA 3 AXI協(xié)議有一個(gè)額外的寫響應(yīng)通道，允許從設(shè)備給主設(shè)備發(fā)信號(hào)表明寫事物處理已完成。這種多層互連的體系結(jié)構(gòu)允許在所有5個(gè)AMBA 3 AXI通道的不同主、從設(shè)備對(duì)之間進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸。因此，系統(tǒng)帶寬不受DW_axi的限制，而是受限于外部的主、從設(shè)備。

除了提供組合的內(nèi)建地址和數(shù)據(jù)通道控制外，DW_axi通過提供內(nèi)部和外部的流水線操作功能，即所謂的寄存器分段，還實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)和優(yōu)化的工作頻率、帶寬和性能?？膳渲玫膬?nèi)部和外部寄存器分段能被應(yīng)用到全路徑或只是前向控制路徑的單獨(dú)通道，提供對(duì)定時(shí)選擇的最大靈活性，并產(chǎn)生最佳的性能。為了優(yōu)化 DW_axi以達(dá)到最佳的性能同時(shí)還保證最小的面積，DW_axi中包括了從設(shè)備可見功能，當(dāng)不是所有的子設(shè)備對(duì)所有主設(shè)備都可見的時(shí)候予以使用。它定制了正常模式和啟動(dòng)模式下主設(shè)備訪問每一個(gè)子設(shè)備的可見性，從而減少了仲裁邏輯的復(fù)雜性，能夠用最少的邏輯達(dá)到最佳的性能。

圖1 使用DesignWare驗(yàn)證IP創(chuàng)建一個(gè)子系統(tǒng)驗(yàn)證環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)AMBA 3 AXI協(xié)議與現(xiàn)有AMBA 2.0技術(shù)的互操作能力，DesignWare IP 解決方案包括一個(gè)AMBA 3 AXI到AMBA 2.0 AHB 的橋接(DW_axi_x2h)。DW_axi_x2h可支持同基于AMBA 2.0 AHB子系統(tǒng)的連接，提供對(duì)現(xiàn)有基于AHB子系統(tǒng)的可重用支持。 在Lite模式下，獨(dú)立的從設(shè)備組件能夠直接連接到基于AMBA 3 AXI協(xié)議的總線上。這種互操作能力的優(yōu)勢(shì)是，工程師可以訪問大量針對(duì)AMBA 2.0 AHB和APB 協(xié)議、已經(jīng)過硅驗(yàn)證的現(xiàn)有DesignWare綜合和驗(yàn)證IP 。這增加了模塊重用的機(jī)會(huì)，使工程師可以效力于開發(fā)具有差異性的新型子系統(tǒng)，而不必在創(chuàng)建和確認(rèn)普通子系統(tǒng)上花費(fèi)過多時(shí)間。DesignWare綜合IP 解決方案還包括其它普通的基于AMBA 2.0 的設(shè)計(jì)模塊，比如AHB總線架構(gòu)、DW_ahb、APB橋、APB結(jié)構(gòu)、DW-apb，以及很多外圍模塊如DMA、內(nèi)存控制器、I2C、SSI、GPIO 、RTC 、定時(shí)器和中斷控制器。