深入 AXI4 总线（三）突发传输机制

本文参考AMBA® AXI and ACE Protocol Specification 来写

本系列我想深入探寻 AXI4 总线。不过事情总是这样，不能我说想深入就深入。当前我对 AXI总线的理解尚谈不上深入。但我希望通过一系列文章，让读者能和我一起深入探寻 AXI4。

本篇文章我们将讨论有关 AXI 总线的突发传输机制( burst ),在 AXI 总线中的突发传输是指，在地址总线上进行一次地址传输后，进行多次数据传输( transfer，这个有点搞，突发传输 and 传输？)。第一次地址传输中的地址作为起始地址，根据突发传输类型的不同，后续数据的存储地址在起始地址的基础上递增（INCR 模式）；或者首先递增，到达上限地址后回到起始地址，继续递增（WRAP 模式）；又或者后续数据都将不断写入起始地址，刷新起始地址上的数据。（FIXED 模式）

AXI4 突发传输控制信号

突发传输的控制信息在地址通道上，随着第一次地址传输时写入，控制信息包括：

突发传输类型，在前文中提及，共有 3 种，分别为 FIXED，INCR 以及 WRAP。使用 2 位二进制表示。

FIXED 类型适合对某个固定地址进行数据更新，比如向一个 almost full 的 fifo 更新数据。

INCR 类型最为常用，后续的数据的存储地址在初始地址的基础上，以突发传输宽度进行递增，适合对于 RAM 等 mapped memory 存储介质进行读写操作。

WRAP 模式比较特殊，除了初始地址外，还有最高地址的界限。在最大地址以下，WRAP 与 INCR 类型完全相同，地址递增，但达到最高地址后，地址直接回到起始地址，再进行递增，就这样循环往复。数据手册上表示，WRAP 适合对 cache 的访问，我这方面经验还不多，不是很能理解这种模式的精妙之处。

突发传输长度 (burst length),突发传输长度是指在一次突发传输中所进行的传输(transfer)次数，在传输完初始地址后，进行的数据传输次数就是突发传输长度，假设数据位宽是 32 位，即进行 32 * N bit 的数据传输。在 AXI4 中，INCR 类型最大支持长度为 256，其他类型最大长度为 16。当然你的突发长度最少为 1，不然也就没有传输发生了。协议中的 burst length 从零开始，实际的长度值为长度字段加1。传输长度使用 8 位二进制表示。

突发传输长度有一些限制，包括：

• 对于 WRAP 模式，突发传输长度仅能为2,4,8,16
• 在一次突发传输中，地址不能跨越一个 4KB 分区
• 一次突发传输不能在未达到传输长度的情况下提前结束。

突发传输宽度(burst size),突发传输宽度是每指一次传输(transfer)中的最大数据宽度，突发传输数据宽度不能超过数据线本身的宽度。当数据线本身宽度大于突发传输宽度时，将根据协议的相关规定制定数据在部分数据线上传输。突发传输宽度共 3 个二进制位，表示为：

实例

接下来分别举一个突发写操作和读操作的例子来更好地讲解 AXI4 突发传输机制。主机为 DataMover IP，从机为 AXI4 形式接口的 RAM，数据总线宽度为 32 位

从图片中可以看到，（黄色为写地址通道，绿色为写通道，灰色为写回复通道）我们首先在写地址总线上传输了一个地址，地址为 0x4 ，并在传输地址的同时传输了此次突发传输的控制信息：突发传输长度数值为 7，即每次突发传输写入 8 次数据，可以从图中看到，确实进行了 8 次数据传输。突发传输类型为 2 ，类型为 INCR，地址在初始地址 0x4 的基础上递增，第一次数据写入 0x4 ，第二次地址写入 0x5，因为我们的传输宽度为 0，即每次传输一个字节，共 8 位。

细心的朋友可能会问，每次传输 8 位，但为什么每次写入数据的宽度实际为 32 位，比如其中一个数据：0x07070707。实际上这是 AXI 突发传输的一个特性：当传输数据的宽度小于数据总线的宽度时，AXI 总线将不会拼接数据，而是直接使用部分数据线传输数据，多余的数据线将会屏蔽。表现为 WSTRB 参数以 0x01,0x02,0x04,0x08 的规律变化，相当于在32位总线上有效的字节分别是低地址第1，2，3，4个字节。

手册关于 WSTRB 与 WDATA 总线上字节有效的对应关系描述为： WSTRB[n] 对应 WDATA[8n+7:8n]，也就是：当 WSTRB[n] 为 1 时，WDATA[8n+7:8n]有效。所以当 WSTRB 为 0x01，WSTRB [0] 为 1，即 WDATA[7:0] ，低地址第一字节有效，其他数据无效。

这类突发传输宽度小于数据总线的宽度被称为 Narrow transfer ,wdata 总线上只有一部分数据是有效的，具体可以参考下面手册上的图片，是一个 8bit 宽度数据在更宽的总线上传输的例子：

在进行此次突发传输的最后一次传输有效期间，置起 WLAST 信号，表示此次突发传输结束。

读操作和写操作有一些不同，但注意到下图中读操作的突发传输宽度为 8位，突发传输长度为 8，共读取 64 字节，但实际上数据是以32位的位宽，传输了两次，分为为0x05040302与0x09080706。这两个 32 位字被分别传输了 4 次。我们借此可以分析一下当突发传输位宽小于数据线宽度时 AXI 总线的特性，这方面手册着墨不多。

从从机的角度考虑，从起始地址 0x4 开始读取，因为数据总线为 32 位，读取到数据的为 4 个字节，分别是0x4,0x5,0x6,0x7 四个地址上的字节。从机会读取并传输 4 次，因为突发传输的宽度为 8 位，可见在突发传输宽度小于数据线宽度时，AXI 协议的实现会使用读取 32 位数据，重复发送的机制进行，需要主机根据突发传输宽度，自行读取对应的字节。相对应的，从机则不需要拥有自行筛选数据字节的能力，因为主机在进行写操作的同时，会送出WSTROBE 信号告知从机有效的字节。

灰色为读地址通道，绿色为读数据通道

目前，我还没有试过其他突发传输宽度和不对齐地址的情况，这点将在之后的文章中持续关注。

结语

AXI 作为一种总线，本身会有比较多的规定，这些规定可能本身也不过是规定，这里就不仔细展开了。本文主要介绍了突发传输的概念以及 AXI4 总线中与突发传输有关的信号，并举了一个 DataMover 与 AXI4 接口的 RAM 的通信过程作为例子，希望能帮助大家更好地理解 AXI4 总线。

修订记录

19.2.2 修正补充 WSTRB 与 WDATA 总线上字节有效的对应关系