Xilinx AXI DataMover使用说明与测试

本文主要介绍Xilinx AXI DataMover的使用和测试方法。

1 架构说明

在Xilinx的数据传输总线中，AXI Memory Map接口和AXI Stream接口是最常用的两类接口，如何实现这两类总线接口的转换是比较常见的问题，Xilinx AXI DataMover是实现AXI MM接口与ST接口转换的一个常用IP。AXI DataMover有两个子模块，分别是MM2S和S2MM：

• S2MM：该子模块处理从AXI Stream到AXI Memory Map的事务。它具有专用的符合AXI Stream的命令和状态队列、重置块和错误信号。基于输入的命令和来自AXI Stream接口的输入数据，S2MM模块在AXI MM接口上发出写请求。输入流数据可以选择性地存储在S2MM模块中。数据路径接口(AXI4-Read和AXI4-Stream Master)可以选择与命令和状态接口(AXI4-Stream Command和AXI4-Stream Status)异步。
  
• MM2S：这个模块处理从AXI Memory Map到AXI Stream域的事务。它具有专用的符合AXI Stream的命令和状态队列、重置块和错误信号。根据命令输入，该子模块在AXI MM接口上发出读取请求，并将读取的数据转换为AXI Stream接口的数据从AXI Stream接口输出。可以选择将读取数据存储在MM2S块中。数据路径接口(AXI4-Read和AXI4-Stream Master)可以选择与命令和状态接口(AXI4-Stream Command 和AXI4-Stream Status)异步。
  

2 IP设置说明

2.1 接口说明

AXI DataMover的接口主要包括时钟复位信号、输入输出的ST接口、输入输出的MM接口、输入的转换指令、输出的转换状态。

S2MM接口	说明
m_axi_s2mm_aclk	S2MM时钟
m_axi_s2mm_aresetn	S2MM复位
m_axis_s2mm_cmdsts_awclk	S2MM CMD和STS时钟
m_axis_s2mm_cmdsts_aresetn	S2MM CMD和STS复位
S_AXIS_S2MM_CMD	S2MM指令
S_AXIS_S2MM	输入的S接口数据流
M_AXI_S2MM	输出的MM接口数据流
M_AXIS_S2MM_STS	输出的S2MM的状态
s2mm_err	S2MM错误标识

MM2S接口	说明
m_axi_mm2s_aclk	MM2S时钟
m_axi_mm2s_aresetn	MM2S复位
m_axis_mm2s_cmdsts_awclk	MM2S CMD和STS时钟
m_axis_mm2s_cmdsts_aresetn	MM2S CMD和STS复位
S_AXIS_MM2S_CMD	MM2S指令
M_AXI_MM2S	输入的MM接口数据流
M_AXIS_MM2S	输出的S接口数据流
M_AXIS_MM2S_STS	输出的MM2S的状态
mm2s_err	S2MM错误标识

2.2 设置说明

DataMover操作由控制接口输入的控制指令控制，该接口接收来自用户逻辑的传输命令。MM2S和S2MM各有一个专用的命令接口。命令在输入命令接口上加载单个数据节拍。如果是32位的AXI总线，命令字段的宽度通常是72位。如果系统地址空间超过32位，命令字宽度将被扩展(通过参数化)。例如，64位地址系统要求命令字宽度为104位，以容纳更宽的地址范围，该地址宽度由下图中的Address Width参数决定。

整个命令字段如下图所示：

• BTT：传输的数据字节数
• Type：地址转换类型，0-FIXED；1-INCR
• DSA：只有在DRR设置为1时才生效
• EOF：指示是否为最后一帧命令，影响流接口的tlast信号
• DRR：在DRE启用时生效
• SADDR：MM的起始地址，注意地址对齐
• TAG：标签字段，可传递给Status接口
• RSVD：保留
• xUSER：写入m_axis_mm2s_aruser信号
• xCACHE：写入m_axis_s2mm_awcache信号
  
  注：AXI DataMover核心支持可选的数据调整引擎(Data Realignment Engine, DRE)。当DRE启用时，DRE允许在内存映射数据路径上将数据重新对齐到字节(8位)级别。DRE支持提供高达64位tdata宽度的AXI4-Stream接口。

整个状态字段如下图所示

• TAG：CMD传递过来的TAG信号
• INTERR：1-DataMover内部错误；0-无错误
• DECERR：1-地址编码错误；0-无错误
• SLVERR：1-从设备响应错误；0-无错误
• OKAY：1-整个数据转换过程正常；0-数据转换过程出现错误
  
  注：IBTT功能启用时，状态字段如下图所示
• BRCVD：流接口实际接收的字节数
• EOP：流接口接收到tlast信号置一
  

IP的设置如下图所示

• Channel Type：Full-允许将MM2S通道配置为所有可能的组合和高级功能；Basic-基本模式，限制了一些特性，并限制MM2S仅用于32位或64位宽的数据
• Maximum Burst Size：MM接口最大的突发长度
• Width of BTT field：命令中BTT字段的宽度
• Address Width：命令中SADDR字段的宽度
  
• Enable Asynchronous Clocks：使能命令状态接口的时钟与数据流的时钟异步
• Allow Unaligned Transfers：使能DRE
• Enable Store and Forward：启用此参数可确保在存储和转发FIFO中存在请求传输所需的所有数据之前，不会将传输发送到AXI4写地址通道。
• Enable Indeterminate BTT Mode：启用IBTT模式。当传输命令发送到DataMover S2MM命令输入时，输入S2MM流通道上接收的字节数未知时需要启用该功能
  

3 测试说明

测试工程的架构如下图所示，测试工程可从GitHub下载，主要模块的功能如下所述：

• st1、st2：两个流信号，st1带指令和数据，将数据写入BRAM，st2只有指令，从BRAM读出数据
• axis interconnect：互联总线
• remove_head：拆解帧头和数据
• ctrl_command：生成转换指令
• ST2MM：接口转换模块，即DataMover IP
• add_head：合并数据和帧头
• BRAM：块存储器
  

3.1 S2MM测试

写入数据的流程如下图所示，st1接口输入帧头和数据，经过remove_head模块拆分出帧头和数据，帧头传输给ctrl_command模块生成S2MM的控制命令，数据传输给ST2MM模块，ST2MM模块将数据格式由Stream转换为MM，并将数据写入BRAM。

3.2 MM2S测试

读出数据的流程如下图所示，st2接口输入帧头，remove_head模块拆分出帧头给ctrl_command模块，ctrl_command模块生成MM2S的控制命令和生成新的帧头，并将新的帧头传输给add_head模块。ST2MM从BRAM中取出数据，并转换为Stream接口的数据。add_head模块组合帧头和数据形成新的流信号。