【AXI】解读AXI协议的低功耗设计

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一、写在前面

AXI协议相较于UART，SPI，I2C来说，无论是内容还是难度都上了一个层级，放在一篇文章中进行解读未免篇幅过长，因此，有关AXI一些共性的、通用的问题，作者单独以前缀为【AXI】的标题进行小范围的串联，最终再汇总为深入浅出解读AXI协议，与从零开始的Verilog AXI协议设计，此为作者所思所考的推进顺序，单看【AXI】的每一篇，可能很多读者未免感到有些管中窥豹的疑惑，但若等作者更完此专栏再行观看，从头到尾进行阅读，应该就会有有茅塞顿开的收获与领悟。

二、解读AXI协议的低功耗设计接口

2.1 AXI低功耗设计导论

首先，我们需要强调的是，AXI的低功耗接口是一组可选项，即：存在与不存在本节讨论的端口，都不影响AXI协议的正常运转，其次，从high level去看，AXI slave可以分为正常工作状态和低功耗工作状态，如何从正常态进入到低功耗态和从低功耗态进入到正常态，就是我们在这节想要讨论的核心内容。最终，什么情况下，我们说slave进入低功耗状态了呢？类比低功耗设计中的门控时钟，当clk信号关闭时，即代表着AXI控制的slave进入了低功耗状态。

2.2 AXI低功耗信号列表

笼统来讲，排除掉clk信号外，我们需要以下两种，合计三个信号，来满足AXI协议的低功耗需求

• 第一种信号：指示从设备是否进入了低功耗状态的信号(或者说时钟信号是使能的还是未使能的)，这个信号来自从设备。
• 第二种信号：是两个握手信号来指示低功耗进入请求和应答，这个信号连接“来自芯片的时钟控制系统。

2.2.1 信号列表

AXI4信号列表	解释
CLK	时钟信号
CSYSREQ	握手信号中的请求信号
CSYSACK	握手信号中的承认信号
CACTIVE	clk使能或未使能指示信号

2.2.2 CACTIVE信号要求

CACTIVE是指示外设是否需要时钟的信号。方向由从设备到时钟控制系统，当需要启用时，电平为高，意味着系统时钟控制器须启用时钟。不需要时，电平为低，以表明它不需要时钟。系统时钟控制器就需要禁用时钟了。通过CACTIVE这个信号，从设备可以自由自主的申请是否进入低功耗状态。

2.2.3 HANDSHAKE信号要求

正常工作状态下，CSYSREQ和CSYSACK都是高电平(默认态)
从T1到T2：
slave进入低功耗状态 ，CSYSREQ信号拉低，使CSYSACK信号也拉低
从T3到T4：
slave脱离低功耗状态 ，CSYSREQ信号拉高，使CSYSACK信号也拉高

2.3 时序状态分析

2.3.1 低功耗请求被接受(时序正确)

钟控模块到slave的CSYSREQ拉低，slave给出响应，使CACTIVE拉低，钟控模块接收到信号，拉低CSYSACK，接收到CSYSACK的slvae停止CLK翻转信号的进入。

2.3.2 低功耗请求被拒绝(时序错误)

钟控模块到slave的CSYSREQ拉低，slave未给出响应，CACTIVE一直还是高，钟控模块虽然接收到高信号，但是依旧遵循握手信号之间的关系拉低CSYSACK，到此，低功耗进入的请求被拒绝。再之后，CSYREQ会自动拉高，最终使CSYSACK也拉高，至此为完整的低功耗请求被拒绝的时序

2.3.3 “退出低功耗状态”(时钟控制模块控制)

REQ的拉高，经过CACTIVE的反馈后，使CSYSACK也拉高，完成退出低功耗的操作，类似上文，不多赘述。

2.3.4 “退出低功耗状态”(从设备控制)

CACTIVE主动拉高，时钟控制模块接收到信号，CSYSREQ拉高，再使CSYSACK拉高，完成退出。

2.3.5 总结：由正常状态进入低功耗状态

2.3.6 总结：从低功耗状态进入正常状态

三、其他数字IC基础协议解读

3.1 UART协议

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3.2 SPI协议

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3.3 I2C协议

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3.4 AXI协议

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