Avalon内存映射接口（Avalon-MM）

3.1 Avalon-MM介绍

可以使用Avalon-MM接口实现主从设备之间的读写接口，典型的设备如：

1. 微处理器
2. 内存
3. UARTS
4. DMAs
5. Timers

Avalon-MM接口可以很简单，也可以很复杂，比如具有固定周期的读写传输的SRAM具有很简单的Avalon-MM，具有突发传输能力的流水线接口可能会是很复杂。

图5是个典型的系统，高亮显示一个连接到互联架构上的Avalon-MM从接口

Avalon-MM设备一般仅包括设备逻辑要求的信号。

图6为一个从设备的例子，16bit通用I/O设备，仅响应写请求，设备仅包括从设备写传输要求的从信号。

在Avalon-MM从设备中的每个信号对应充当一个Avalon-MM信号的作用，一个Avalon-MM接口仅能作为每个信号的一个实例。

3.2 Avalon-MM接口信号作用

3.3 接口属性

3.4 定时

3.5 传输

3.5.1 典型的读写传输

         从设备可以通过发出waitrequest信号，来延迟传输。

图7 带等待请求的读写传输

参照这个定时图：

1. address，byteenable，read在clk的上升沿断言，从设备断言waitrequest阻塞传输
2. waitrequest被采样，因为waitrequest被断言，于是进入等待周期，adrress、read、write和byteenable保持不变
3. 从设备在clk的上升沿之后解除断言，从设备输出readdata和response
4. 主设备采样readdata、response和失效的waitrequest信号，完成传输
5. Address、writedata、byteenable和write信号在clk的上升沿后断言，从设备断言waitrequest以阻塞传输
6. 从设备在clk上升沿后解除断言waitrequest
7. 从设备捕获写数据结束传输

 

3.5.2 使用waitrequestAllowances属性的传输

WaitrequestAllowance属性是指定：在waitrequest信号断言之后，Avalon-MM Master能发布的或Avalon-MM必须接收的传输次数。

WaitrequestAllowance = 0，对应于前面说的典型的读写传输，在典型的读写传输时序中，waitrequest有效将停止当前的传输。

当waitrequestAllowance到达时，Master必须解除read或write信号。

3.5.2.1 waitrequestAllowances等于2

         图8：Master写：waitrequestAllowance = 2

1. Avalon MM Master驱动write和data
2. Avalon MM Slave断言waitrequest，因为waitrequestAllowance是2，所以，master能完成额外的2次数据传输
3. 按要求，Master解除断言write，因为slave在第三个周期还在断言waitrequest。
4. Avalon MM master驱动write和data，slave没有断言waitrequest，write完成
5. Avalon master驱动write和data，尽管slave断言了waitrequest，因为waitreauestAllowance = 2，write完成
6. Avalon master驱动write和data，slave没有断言waitrequest，write完成。

3.5.2.2 waitrequestAllowances等于1

         图9：Master write：waitrequestAllowance = 1

3.5.3 具有固定等待周期的读和写传输

使用readWaitTime和writeWaitTime属性，Slave能设定一个固定长度的等待状态，使用固定的等待周期，可以代替waitrequest信号的作用。地址和控制信号（byteenable、read、write）保持不变。

图11中，slave的writeWaitTime = 2，readWaitTime = 1

图11：slave接口具有固定等待状态的读写传输

1. 在时钟的上升沿，master断言address和read
2. 下个上升沿表示第一个时钟的结束，仅1个wait-state周期，readWaittime = 1
3. Slave在时钟上升沿断言readdata和response，读传输结束
4. Slave得到Writedata，address，byteenable和write信号
5. 在2个等待周期后，写传输结束

3.5.4 流水线（Pipelined）传输

1. Wait states：等待周期确定地址相位的长度，等待周期限制了一个端口的最大通过率，如果一个slave响应一个传输请求需要1个等待周期，每次传输端口需要2个时钟周期
2. Pipeline Latency：流水线延迟确定数据何时返回，与地址相位没有关系

3.5.4.1 具有可变延迟的读传输

下面的图显示一些slave读传输，slave具有可变的latency，在这个图中，slave能接受的最大悬挂传输是2个，slave使用waitrequest来避免超过这个最大悬挂传输数。最大悬挂传输个数是slave的一个属性。

 

1. master断言address和read，发起一次读传输
2. slave捕获addr1
3. slave捕获addr2
4. slave断言waitrequest，阻塞第三个传输，因为slave已经接收到可最大悬挂的读操作个数（2）
5. slave断言data1，响应addr1的操作，slave解除waitrequest
6. slave捕获addr3，总线上捕获data1，
7. slave捕获addr4，总线上捕获data2
8. slave驱动redadatavalid和readdata以响应第三个读传输
9. slave捕获addr5，总线捕获data3，read信号解除断言，waitrequest不再相关
10. 互联捕获data4
11. Slave驱动data5，断言readdatavalid，完成最后一个悬挂的都传输数据相位

3.5.4.2 具有固定延迟的读传输

图13 具有2个周期固定延迟的流水线读传输

1. master通过断言read和addr1发起一次读传输
2. slave断言waitrequest阻塞传输延缓一个周期
3. slave在clk上升沿捕获addr1，地址相位在这儿结束
4. slave在2个周期呈现readdata，结束传输
5. addr2和read被断言，发起又一次读传输
6. master在下个周期发起第三个读传输，这发生在前一次传输的数据被读出之前。

3.5.5 突发（Burst）传输

3.5.5.1 写burst

1. master断言address，burstcount，write，输出第一个单元的writedata
2. slave立即断言waitrequest，表示slave并没有准备这次传输
3. waitrequest为低，slave捕获addr1，burstcount，以及第一个单元的writedata，随后的传输周期中，address和burstcount被忽略
4. 在clk的上升沿，slave捕获第二个单元的data
5. 当write失效时，burst暂停
6. 在clk的上升沿，Slave捕获第三个单元的数据
7. Slave断言waitrequest，作为响应，所有的输出保持不变直到下个时钟周期
8. 在clk的上升沿，Slave捕获最后一个单元的数据，slaveburst写结束

在上图中，beginbursttransfer信号在burst的第一个时钟周期被断言，在下个时钟周期解除福安眼，即使slave断言了waitrequest，beginbursttransfer信号依然仅在第一个时钟周期断言

3.5.5.2 读burst

1. 在clk的上升沿，Master A断言地址address（A0），burstcount和read，slave断言waitrequest阻塞传输，使得除了beginbursttransfer以外的信号都保持不变，直到下个周期
2. 在clk的上升沿，Slave捕获A0和burstcount，新的传输能在下个周期启动
3. Master B驱动address（A1），burstcount和read，slave断言waitrequest阻塞传输，使得除了beginbursttransfer以外的信号都保持不变，直到下个周期。在这个时候，最早，Slave能返回第一个读请求的读数据
4. Salve呈现valid的readdata，并断言readdatavalid，传输第一个数据字给master A
5. Master A的第二个字被传输，slave解除断言readdatavalid，暂停read burst，slave端口能保持readdatavalid无效，可持续任意个时钟周期
6. Master B的第一个字被返回