【ARM AMBA AXI 入门 3 - AXI 协议中的 Outstanding transfer 】

1.1 Outstanding Transfer(超前传输)

AXI协议上写了一句：the axi protocal supports multiple outstanding transactions.
那么应该怎么理解这个“未解决的”outstanding ？

对 Outstanding 字面上的理解为： “正在进行中的”，“未完成的”，形象地说就是 “在路上”。

首先应该记住 Outstanding 是对地址而言的，AXI 协议中的关键思想：地址和数据分离。

以一次完整的写传输事物（transaction）为例:

• 首先写地址信号握手，即 awvalid 和 awready握手成功，同时将写地址awaddr传输给 slave；
• 其次，根据地址突发类型和突发长度，主机给从机发对应数量的数据信号，传输方式同样是 wvliad 和 wready 握手成功的同时，传输数据。

本质上，一次完整的传输事物过程中，地址握手成功后再传输数据，也就是地址和数据传输是分离的。

1.1.1 什么是 Outstanding？

从应用角度来思考这个问题：
比如传输一段数据，假设没有 outstanding，必须要等到地址握手成功了才可以传输数据，而每一次握手过程中都不能保证主从机此刻都准备好，那这样在数据传输过程中就难免会有气泡，难以实现真正的全流水和满性能。所以从设计的角度，我们就有多发几个地址的需求，比如我们可以发出去10个地址，尽管我们还没给数据，但是可以让从机知道，我们接下来要向这些地址写数据，这样就可以不用刻板地遵循，每次都要写地址握手成功再写数据。

所以，outstanding 就是发出去的地址数量，未处理的地址可以先存放在 AXI 总线的缓存里，等完成一次传输事物之后，无需再握手传输地址，即可立即进行下一次的数据传输，所 以outstanding 本质上是为了实现数据传输的 pipeline。

没有 outstanding（或者 outstanding 能力为 1），总线 Master 的行为如下：

• 读操作：读地址命令 -> 等待读数据返回 -> 读地址命令 -> 等待读数据返回 -> ...
• 写操作：写地址命令->写数据->等待写响应返回->写地址命令->写数据->等待写响应返回...（如果支持out-of-order，对于AXI3，写命令和写数据不一定有先后顺序且 ID 顺序不一定相同，AXI4 因为已经没有WID信号，所以写数据的顺序要和写地址的顺序一样）

AHB 总线没有 outstanding 能力

AXI 从机也可选性地支持 outstanding transfer，假设从机不支持outstanding transfer，只需要在接收到主机发过来的地址及控制信息后，置低 AxREADY 信号，阻止主机 outstanding transfer。在返回读数据后，再置高 AxREADY 信号，接收下一事务。

1.1.2 AXI Outstanding Depth（超前传输深度）

衡量一个主机 Outstanding transfer 的能力，表示主机正在进行中的（在路上）事务数量。更大的Outstanding transfer 深度需要主机准备更大的缓存区用于保存在途事务的信息，并接收缓存读数据。通过较大的Outstanding transfer 深度能够提高系统的性能。

1.1.3 AXI Outstanding 场景

如果 outstanding depth 为 N>1 ，则：

读操作：可以连续发 N 个读地址命令，这期间：

• 如果读数据没有返回，则需要等待读数据返回；
• 如果有读数据返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几个。

也就是说，“在路上” 的读命令（或者读数据）最多可以是 N，如果数据返回得比较慢，那么 IP 需要等待，效率就会比较低，因此，为了提高效率，有必要提高 outstanding 能力，以弥补”路上“（总线）引入的延时。但是也不能无限制地发，否则有可能会引起总线拥塞，把其它 IP 给堵住。

写操作：可以连续发出 N 组写地址（写数据）命令，这期间如果写响应没有返回，则必须等待写响应返回才能接着发写地址（写数据）命令，如果有写响应返回，则返回了几个，那么仍然可以接着发几组。也就是说，“在路上” 的写响应最多可以是 N。

写 outstanding 也是一样，不需要等待前一笔的写完成就可以发送下一笔传输。系统设计上需要注意 outstanding 对应的缓存的需求，否则无法接受master发送的数据出现系统的反压。

推荐阅读：
https://blog.csdn.net/tbzj_2000/article/details/88042890
https://zhuanlan.zhihu.com/p/376525373