AXI协议详解

AXI协议简介
Advanced eXtensible Interface（AXI）是为了满足高性能系统设计而定义的一套独立通道协议，首次是在2003年发布的AMBA3标准中出现，经历AMBA4,目前已经到达AMBA5版本。
AXI包括AXI与AXI-Lite两个版本。
AXI满足如下的特性：

– 适合于高带宽，低延迟的设计

• 不需要通过复杂的桥转换就可以实现高频下的操作
• 满足多种组件的接口要求
• 适合于高初始化访问延迟的内存控制器
• 支持灵活的实现互联结构
• 可以向下兼容AHB,APB等接口

–关键特性如下：

• 分离的地址/控制通道与数据通道
• 支持非对齐传输，使用byte strobes指示
• 支持burst传输，只需要发送起始地址即可
• 分离的读写数据通道，可以实现低消耗的直接内存访问
• 支持多种outstanding传输
• 支持out-of-order乱序传输
• 允许插入寄存器片以满足时序要求

AXI结构

AXI作为ARM标准的接口协议，主要应用在片内系统互联设计中。可实现不同IP之间通过标准的互联总线进行交互。片内各协议之间都可以实现方便的协议转换，完成系统内部的所有IP的通信。

AXI分为5个独立的传输通道，分别是AR,R,AW,W,B通道。
AR 为读地址通道，传输读操作的地址与对应控制信息；
R 为读数据通道，传输AR通道对应的读回数据同时也传输slave的响应信息；
AW 为写地址通道，传输写操作的地址与对应的控制信息；
W 为写地址通道，传输写数据相关信息；
B 为写响应通道，传输slave返回的写响应信息；
五个通道为独立的通道，可大大提供系统传输性能。需要注意读操作有2个通道，写操作有3个通道，读通道中没有单独的响应通道，读响应与读数据共用一个通道传输，都是slave一块返回没有必要分离。
AXI信号
全局信号：

写地址通道信号：

写数据通道信号：

写响应通道信号：

读地址通道：

读数据通道：

其他信号：

AXI握手机制

AXI通过VALID和READY握手的机制实现主从机之间的通讯。 Valid 表示发送的请求或者响应是否有效； Ready表示是否准备好接受请求或者响应； 当拉低valid或者ready时表示主机或者从机处于busy状态，延时传输状态。
每个通道都有对应的valid和ready信号：

AXI各通道依赖关系
下图中单箭头表示两个信号之间没有特定的依赖关系，但是设计的时候推荐使用这种前后关系；双箭头表示两个信号之间是有依赖关系的，必须要等前面的信号有效之后才能使能后面的信号。

对于读传输，ARVALID，ARREADY没有先后关系，但是RVALID信号需要等待前两个有效之后才能有效。这样也是符合传输顺序的，因为只有读地址等请求信号有效的时候，slave才能返回对应读数据，通过RVALID表示传输有效。RREADY不依赖与其他信号。

对于写传输中，写地址通道中的AWVALID,AWREADY和写数据通道中的WVALID，WREADY没有相互依赖的关系，完全是独立的。BVALID信号需要依赖于WVALID和WREADY信号，因为BVALID信号表示写操作的完成。BREADY信号可以不依赖于其他信号。
注意在AXI3中没有定义BVALID与AWVALID,AWREADY之间的关系，也就是他们之间是没有关系的，但是实际设计的时候，我们也会指定BVALID在他们之后有效，因为如果地址是无效的，对应的后面写数据与写响应都不应该有效。

在AXI4、AXI5中定义了BVALID需要在AWVALID,AWREADY,WVALID,WREADY之后有效。
另外需要注意WVALID中包含WLAST，因为BVALID需要在burst传输中最后一拍传输之后再进行响应。
设计注意点：对于协议中没有相互依赖关系的信号，在设计的过程中不要设计成有依赖关系的逻辑，这样很容出现master设计与slave都出现等待对方信号有效的情况，造成逻辑上的相互等待。
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