AXI4-Lite协议简明学习笔记

AXI4协议是ARM的AMBA总线协议重要部分，ARM介绍AXI4总线协议是一种性能高，带宽高，延迟低的总线协议。而XDMA中，利用BAR0实现上位机通过PCIE往FPGA配置寄存器的操作，对应总线协议是AXI4-Lite，AXI4总线协议的简化版。

通过学习AXI4-Lite总线协议内容，一方面为AXI4，AXI4-Stream总线协议打基础；另一方面为后续的BAR0空间内容做铺垫。

本文主要讲解AXI-Lite总线协议，文中会使用XDMA的部分内容作为例子。

XDMA BAR设置

勾选PCIe to AXI Lite Master Interface，默认选择1MB的空间大小；通过这个选项，在上位机的配合下，就可以通过PCIE向FPGA进行读写寄存器的操作。

这里选择AXI4-Lite协议的内容自然是因为AXI4-Lite协议适合在读写寄存器的模式下使用。原因主要有：

1.相对于AXI4，AXI4-Stream来说，控制信号少了许多，控制逻辑简单

2.读写寄存器操作数据量小，每次操作只会传输一次数据，AXI4，AXI4-Stream不适合这种模式，AXI4-Lite协议正适合。

这些特性非常适合传输寄存器操作，因为每次读写寄存器值时，传输的数据量很小，不需要灵活多变的总线协议，也不需要太过复杂的控制逻辑就可以实现。

AXI4 Lite信号定义

AXI协议中，读写分为5个通道；分别为写地址通道，写数据通道，写响应通道，读地址通道，读数据通道，总线两端分主机和从机，主机向从机读写数据；

GLOBAL信号（ACLK，ARESETn）：全局时钟ACLK和复位ARESETn信号不必多说，读写操作都在这两个全局信号的控制下进行。复位信号低有效期间，主机必须保持ARVALID，AWVALID，WVALID低；从机保持RVALID，BVALID低。

握手信号（xVALID，xREADY）：AXI协议中使用握手信号保证主从机数据有效；写地址和数据时，VALID信号表示主机可以写入有效的数据，READY信号表示从机做好准备接收数据；读数据和返回写响应时，READY信号表示主机做好准备接收数据，VALID信号表示从机可以输出有效的数据；注意，只有VALID和对应的READY信号都为高时，传输数据才会进行。

读写地址信号（AxADDR，AxPROT）：仔细想想，读数据的地址和写数据的地址其实都是主机确定的，所以读写地址也相当于主机向从机写入地址数据。等待握手成功，从机就会接收主机写入的数据并做下一步操作。AWPROT和ARPORT信号指示访问的优先级和安全等级，以及是否为数据访问或指令访问，感觉用处不大；

AxPROT协议内容

AXI4协议为了满足多种类型处理器的总线需求，使用AxPROT满足更多更复杂的功能；注意，除非你确定需要传输指令，否则建议AxPORT[2]为低。

写数据信号（WDATA，WSTRB）：为了简化数据发送过程，AXI4-Lite总线的数据宽度只能选择32位或64位；为了兼顾更低位宽的数据传输，AXI4-Lite总线使用WSTRB指明传输数据的有效位数，每一位对应WDATA数据的8位数据，所以WSTRB只可能是8或16位。最低位LSB为高，代表WDATA[7:0]数据有效，以此类推；从机可以根据WSTRB丢弃无效的数据位。等待握手成功，从机就会接收主机写入的数据，并与之前接收的写地址数据组合起来，传入后续数据处理模块做处理。

读数据和响应信号（RDATA，xRESP）：主机接收读地址数据后，找到地址对应的数据后，与主机完成握手，将数据传输完毕后，RRESP会显示相应的数值代表对应的读取数据情况。

xRESP协议内容

AXI4-Lite协议没有EXOKAY的响应。主机接收到RRESP后，能够判断数据是否可靠。'10','11'为从机错误，解码错误；

读响应与写响应不同的是，写响应只会在全部数据写入后，给主机返回一个写响应BRESP，但读响应是不断地伴随着读取数据的输出而更新的。

但AXI4-Lite协议中，一次传输过程只能写入一次数据，读取一次数据，所以两个信号也就没有差别了。

纵观整个协议，最重要的就是信号的握手。

握手信号

不管接收方是否做好准备，发送方输出数据有效时，就会拉高VALID信号；也就是说READY信号是否拉高都不会影响VALID信号拉高与否，两者只有同时为高，传输才有效；因此，有三种握手机制，

VALID先拉高，而后READY拉高

READY拉高，后续VALID拉高

同时拉高

5个通道的通信都需要握手之后才能有效地进行。其次就是信号的响应，写响应和读响应，两个信号保证读写的可靠性。最后就是写数据的选通信号WSTRB和读写的AxPORT信号，满足更多的个性化需求。

XDMA AXI4-Lite接口

明白AXI4-Lite协议后，就可以根据协议内容，与XDMA进行通信，利用“xdma_rw.exe user read 0 –l 4”等指令，从而实现上位机通过PCIe向FPGA传输寄存器配置的功能。

这里使用了BAR0空间实现了这个功能，那么BAR0在PCIe中是什么，功能如何？该怎么样写后续处理模块，使FPGA可以正确处理XDMA的AXI4-Lite协议。