FPGA研發(fā)之道—總線

　　由于支持多個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備進(jìn)行交互，那么對(duì)于多個(gè)主設(shè)備之間就存在競(jìng)爭(zhēng)。(從設(shè)備之間存在競(jìng)爭(zhēng)否?從設(shè)備之間是通過(guò)地址區(qū)分的，被動(dòng)接受主設(shè)備的訪問(wèn)，不會(huì)存儲(chǔ)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。)因此如何解決競(jìng)爭(zhēng)，那就需要仲裁，即主設(shè)備誰(shuí)需要訪問(wèn)總線，則發(fā)起HBUSREQ，而仲裁器收到HBUSREQ，返回給相應(yīng)主設(shè)備HGRANT。此時(shí)該設(shè)備才能訪問(wèn)總線。除此之外AHB還有其他一些信號(hào)，用于輔助整個(gè)系統(tǒng)的傳輸，感興趣的同志，可以看一下AMBA的總線規(guī)范。值得一提的是，作為一個(gè)總線規(guī)范，其提供了全集的解決方案，而作為實(shí)現(xiàn)部分，只需要在滿足規(guī)范的前提下，實(shí)現(xiàn)必要的功能即可，例如AHB總線中規(guī)定，其突發(fā)最大可1K字節(jié)，但是作為一個(gè)從設(shè)備，不一定需要支持這么大的操作，即實(shí)現(xiàn)功能可在總線框架內(nèi)進(jìn)行裁剪，選擇實(shí)現(xiàn)支持的類型即可。

　　在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)中，經(jīng)常有多個(gè)主設(shè)備訪問(wèn)同一從設(shè)備的例子，例如內(nèi)部多個(gè)模塊都需要訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，其實(shí)現(xiàn)方式有多種，通過(guò)AHB的連接架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、可擴(kuò)展的接口單元，用于訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。并且可以作為IP使用。AHB從設(shè)備只需要根據(jù)需要，支持某些burst傳輸即可。

　　隨著SOC(片上系統(tǒng)的發(fā)展)，對(duì)于高帶寬、低延時(shí)的總線需求更加迫切，ARM公司適時(shí)退出AXI(AMBA3.0)作為擴(kuò)展。

　　上圖分別是AXI接口的讀寫操作，分別可以看出，對(duì)于AXI總線來(lái)說(shuō)，其有5組獨(dú)立的總線，分別是寫地址，寫數(shù)據(jù)，寫響應(yīng)，讀地址，讀數(shù)據(jù)信號(hào)。地址和數(shù)據(jù)信號(hào)分開，每組都有自己的控制信號(hào)。

　　每個(gè)通道中間沒(méi)有時(shí)序關(guān)聯(lián)，如何進(jìn)行操作的?舉例來(lái)說(shuō)明，例如讀數(shù)據(jù)操作，實(shí)際上，主設(shè)備向從設(shè)備中寫了一個(gè)讀的命令，包括讀地址，burst大小，方式等。收到后從設(shè)備按照相應(yīng)的命令讀取相應(yīng)大小的數(shù)據(jù)，傳回主設(shè)備，其操作可以簡(jiǎn)化的看做兩個(gè)緩沖區(qū)類型的操作，主設(shè)備將讀命令寫入從設(shè)備的命令緩沖區(qū)，從設(shè)備取出后，根據(jù)命令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)返回給主設(shè)備的接收緩沖區(qū)中。這種操作的好處顯而易見，能夠最大限度的減少總線的開銷，因此其讀與讀操作之間獨(dú)立，不用等待讀回，就可以發(fā)送下一次的讀信號(hào)。寫操作的流程亦然。

　　對(duì)FPGA設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，例如xilinx的接口IP(DDR例化時(shí)的接口)，都已支持AXI的接口。FPGA工程師熟悉相應(yīng)的總線接口信號(hào)和特點(diǎn)，對(duì)于技術(shù)方案選擇，IP使用和驗(yàn)證，都是非常重要的。盡量在設(shè)計(jì)中選擇標(biāo)準(zhǔn)總線接口，對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)用，模塊共享來(lái)說(shuō)，則是必由之路。而模塊(IP)復(fù)用的益處隨著設(shè)計(jì)不斷增大將會(huì)不斷顯現(xiàn)。