AXI之原子操作

原子，可以认为是物质组成的最小单位，当然，现在科学表明，比原子小的还有质子和中子。但是这里我们还将原子作为最小单位来理解，那么原子就是不可分割的，因此原子操作就可以理解为不可分割的操作。

AXI的原子操作包括exclusive和lock两种，不管是exclusive还是lock操作，在执行期间不可被其它操作打断，否则操作失败。

 1、exclusive操作

exclusive的应用场景主要是处理器需要对某个内存地址进行写操作时，假如写一个字节，而内存的数据位宽大于一个字节，比如32bit，这时处理器需要将内存地址对应的32bit数据先读出来，然后将要写入的一个字节数据进行更新后，再将更新后的32bit数据重新写入内存中去，该过程通常被业内称为读改写操作（RMW）。如下图所示，CPU要将内存地址1的数据改为0x02，就需要先将地址0~3的数据都读回来，然后将更新后的数据0x03020200重新写入内存。

但是实际芯片中，在CPU将数据读回，并将更新数据写回内存期间，可能会有其它的master也会访问内存，假如DSP将地址0的数据改成了0xff，那么内存中地址0应该保存的正确数据就应该是0xff，但是CPU由于操作延时，又将地址0的数据改成了0x0，这个时候DSP以为地址0里的数据是0xff，但实际上却是0x0，就无法保证数据的一致性。

于是就引入了exclusive操作。还是上边的例子，CPU要改写内存中数据，会先发一笔exclusive的读操作，此时内存作为slave，slave中会有一个monitor记录这笔exclusive读操作的地址和ID，然后返回EXOK，表示其支持exclusive操作，否则返回OK，代表不支持exclusive操作，在此情况下CPU收到OK就知道内存不支持exclusive操作。此处假如内存支持exclusive操作，则CPU收到EXOK后会继续发一笔exclusive写操作，将更新后的数据写回内存中。在此过程中如果内存的地址0x0~0x3没有被别的master访问过，则slave返回EXOK，代表此次exclusive操作（一次exclusive操作包含exclusive读和exclusive写）被正确执行；

假如在exclusive读和写之间，内存的这个地址被其它master访问过，如DSP将内存地址0写成了0xff，则slave返回OK，且此笔写操作不会被执行（如果执行会出现上边提到的数据一致性问题）。CPU收到OK的响应后就知道此次exclusive失败了，即写操作没写进去。此时内存中数据内容如下图：

此时CPU可以选择再次发起一次exclusive操作，继续对内存进行改写。如果exclusive操作成功，则内存中的数据应该为：

结合此应用，相信大家对于协议原文中关于exclusive操作的描述会有更深入的理解。

2、lock操作

相对exclusive来说，lock操作比较简单，master发出lock操作后，interconnect要保证在lock期间只有此master能获得总线使用权，且lock操作的最后一笔transaction要将AXlock拉低，以此解除lock状态，最后一笔unlock操作结束后，其它的master才可以获得总线使用权，说白了就是我发出lock操作后，其他人不能打断我。

相比exclusive操作，lock操作会降低总线的利用率，而且影响QOS的使用，外加应用场景并不多，在AXI4中已经删除了lock操作。