AXI stream协议详细分析说明

AXI stream简介

AXI4-Stream是一种标准协议接口，可用于芯片内部的数据流传输，不同于内存数据传输相关协议，AXI4-Stream没有与数据流相关的地址，它只是一个数据流，尤其可以用于高速大数据应用，比如视频数据流，相比较AXI4和AXI4-Lite，不限制突发长度。AXI主要面对内存映射，AXI-Lite主要是简化的AXI，比如用于配置一些寄存器。

Byte 类型

Byte类型定义和一些控制信号相关，AXI-Stream定义了三种Byte数据类型：

• 普通字节（Data byte）：传输源需要传输到目的地的有效信息
• 位置字节（Position byte）：标定Data byte在数据流中的位置
• 无效字节（Null byte）：顾名思义，没有意义的数据

stream术语

• Transfer：基于TVALID和TREADY握手协议的传输
• Packet：一组通过AXI4-Stream接口传输的数据，类似于AXI4的突发
• Frame：在AXI4-Stream中最大的Byte组合，内包含整数个Packets
• Data Stream：一系列单独Byte传输或者一系列Packets

接口说明

name	源	描述
ACLK	时钟源	全局时钟信号，时钟上升沿采样
ARESETn	复位源	全局复位信号，低有效
TVALID	传输	表示主机驱动有效数据
TREADY	接收	表示从机能接受有效数据
TDATA[(8n-1):0]	传输	传输数据，位宽为整数个Byte
TSTRB[(n-1):0]	传输	表示关联数据为Position byte还是Data byte
TKEEP[(n-1):0]	传输	区分Null bytes，如反断言，那么对应Byte可以删除
TLAST	传输	表示包的边界
TID[(i-1):0]	传输	数据Stream ID，表示不同数据流
TDEST[(d-1):0]	传输	为Data Stream提供路由信息
TUSER[(u-1):0]	传输	用户可定义的边带信息

n：数据位宽，单位为byte

i：TID位宽，单位为bit，建议最大为8bits

d：TDEST位宽，单位为bit，建议最大为4bits

u：TUSER位宽，单位为bit，建议为n的整数倍

数据传输过程（握手过程）

两个信号TVALID和TREADY定义了握手过程，TVALID表示主机开始驱动有效数据，TREADY表示从机可以接收有效数据，当两者都被断言，那么数据传输开始。TVALID可以先于或后于TREADY断言，也可以同时断言。下面给出三种情况的时序图，ACLK标注箭头的上升沿为传输开始处。

                                                                 AXI stream基本传输过程

控制信号说明

字节限定符（Byte qualifiers）

AXI4-Stream定义了两个字节限定符：

TKEEP：区分对应byte是否需要保留传输到接收方，即判断是否为Null byte

TSTRB：区分对应byte为data byte还是position byte

每个TKEEP和TSTRB的bit位都对应数据的一个byte，如 TKEEP[x]对应数据 TDATA[(8x+7):8x] ， TSTRB[x]对应数据TDATA[(8x+7):8x]。

TKEEP

如果Tkeep被置为高电平，表示关联的数据byte必需被传输到目的地，如果为低，那么表示对应byte为null byte，可以将该byte从数据流中删除。Tkeep全被置为低也属于协议允许的合法操作。在TLAST被置为高前，Tkeep也可以阻止全部被置为低。对主从来讲，标准没有强制要求他们具有处理null data的能力，但interconnect要有相关能力。

TSTRB

        当TKEEP被断言，TSTRB用来表示区分data byte 和 position byte，当TSTRB为高，则byte为data byte，反之为position byte。下表为TKEEP和TSTRB组合意义：

 

数据包边界（Packet boundaries）

        数据包就是一组bytes的组合，与传输packet相关的信号有TID，TDEST，和TLAST，这里我们主要谈TLAST，TLAST反断言时表示另一个传输可以进行，断言时表示一个包的边界，断言时也是共享总线可以进行仲裁的有效点。但并不是说，仲裁就一定要在此处，但这个信号确实可以保持有效点连续传输。

        对于packet开始的边界，标准也没有明确的定义，但可以通过复位后第一次出现置位TID和TDEST来判定，也可通过，先前包传输后的第一次传输出现置位TID和TDEST来判定。对TID和TDEST来说，一个包内的所有bytes都应该来自同一个源以及去同一个目的地，所以，一个包内的TID和TDEST数值应当一致。也要注意，不同包是不支持重新组的。

源和目的信号（Source and destination signaling）

TID：提供一个流ID，用于区分不同streams传输通过同一个接口

TDEST：为数据streams提供粗略的路由信息

内部互联（interconnect）可以操作TID和TDEST信号，任何对这两个信号的操作必须不同流的TID和TDEST不一样。