AXI4交換機(jī)制

接口與互聯(lián)

一個(gè)典型的系統(tǒng)主要是由一個(gè)主設(shè)備和從設(shè)備連接組成的，它們通過某種形式的互連組合在一起，如圖4?29所示。

圖4?29 接口和互聯(lián)

AXI協(xié)議提供了一個(gè)單獨(dú)的接口定義來描述接口：

l主設(shè)備和互連之間

l從設(shè)備和互聯(lián)之間

l主設(shè)備和從設(shè)備之間。

上述接口定義使各種不同的互連易于表達(dá)。設(shè)備之間的互聯(lián)，與其他具有對稱的主端口和從端口設(shè)備一樣，可以連接真正的主設(shè)備和從設(shè)備。

大多數(shù)系統(tǒng)采用如下三種互連的方式之一：

l共享地址和數(shù)據(jù)總線

l共享地址總線和多個(gè)數(shù)據(jù)總線

l擁有多個(gè)地址和數(shù)據(jù)總線的多層互聯(lián)。

在大多數(shù)系統(tǒng)中，地址的通道的帶寬需求明顯小于數(shù)據(jù)通道帶寬的需求。這種系統(tǒng)能在系統(tǒng)運(yùn)行和復(fù)雜度之間實(shí)現(xiàn)良好平衡，而復(fù)雜度主要由于使用共享地址總線和多個(gè)數(shù)據(jù)總線互聯(lián)方式去使能數(shù)據(jù)并行傳輸而導(dǎo)致的。

從上面可以看出，AXI 協(xié)議嚴(yán)格的講是一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的主從接口協(xié)議，當(dāng)多個(gè)外設(shè)需要互相交互數(shù)據(jù)時(shí)，我們需要加入一個(gè) AXI Interconnect 模塊，也就是 AXI 互聯(lián)矩陣，作用是提供將一個(gè)或多個(gè) AXI 主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè) AXI 從設(shè)備的一種交換機(jī)制（有點(diǎn)類似于交換機(jī)里面的交換矩陣）。這個(gè) AXI Interconnect IP 核最多可以支持 16 個(gè)主設(shè)備、 16 個(gè)從設(shè)備，如果需要更多的接口，可以多加入幾個(gè) IP 核。

AXI Interconnect 基本連接模式有以下幾種：

·N-to-1 Interconnect

·to-N Interconnect

·N-to-M Interconnect (Crossbar Mode)

·N-to-M Interconnect (Shared Access Mode)

圖4?30 多對一的情況

圖4?31 多對多讀寫地址通道

圖4?32 多對多讀寫數(shù)據(jù)通道

ZYNQ 內(nèi)部的 AXI 接口設(shè)備就是通過互聯(lián)矩陣的的方式互聯(lián)起來的，既保證了傳輸數(shù)據(jù)的高效性，又保證了連接的靈活性。Xilinx 在 Vivado 里我們提供了實(shí)現(xiàn)這種互聯(lián)矩陣的 IP 核axi_interconnect，我們只要調(diào)用就可以。

圖4?33 Vivado中IP核

AXI 協(xié)議支持亂序交易。通過接口的每次交易，協(xié)議都會分配一個(gè)ID 標(biāo)簽。協(xié)議要求相同ID 的交易按順序完成，而對不同ID的交易沒有順序限制，可以亂序完成。

亂序交易可以在兩個(gè)方面提高系統(tǒng)的性能：

互連設(shè)備在與具有快速響應(yīng)能力的從設(shè)備和速度相對慢的從設(shè)備進(jìn)行交易時(shí)，前者的交易優(yōu)先后者完成。

復(fù)雜的從設(shè)備返回讀到的數(shù)據(jù)，此時(shí)的數(shù)據(jù)可能是亂序的。例如，較晚獲得的數(shù)據(jù)由于它被存放在內(nèi)部緩沖器中，數(shù)據(jù)訪問要優(yōu)先于早期獲得的數(shù)據(jù)。

如果一個(gè)主設(shè)備要求以交易開始時(shí)順序一樣的方式完成交易， 則那些交易要使用相同的ID 標(biāo)簽。但是若主設(shè)備不要求按順序完成交易，則可以為不同的交易分配不同的ID，可以按任何順序完成交易。

在一個(gè)多主設(shè)備的系統(tǒng)中，互連設(shè)備負(fù)責(zé)給 ID 添加額外信息，以保證所有從主設(shè)備那里傳來的ID 標(biāo)簽是唯一的。ID 就像一個(gè)主設(shè)備號碼，但通過擴(kuò)展可以使得每個(gè)主設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬主設(shè)備，在相同端口通過提供ID，指示虛擬主設(shè)備號碼。

雖然復(fù)雜的裝置可以利用亂序，但是簡單的裝置不要求使用。簡單的主設(shè)備可以為每個(gè)交易分配相同的ID，簡單的從設(shè)備可以按序響應(yīng)交易，不用管ID。