Xilinx FPGA AXI4总线（二）用实例介绍5个读写通道

3 种 AXI4

AXI4协议是一个点对点的主从接口协议，数据可以同时在主机（Master）和从机（Slave）之间双向 传输 ，且数据传输大小可以不同。

AXI4中的限制是一个突发事务（Burst）最多可以传输256个数据，AXI4-Lite只允许每个事务传输1个数据。

主机接口具有发起读写的权限，从机被主机控制。

AXI4 和 AXI4-Lite 都有 5 个通道， AXI 4- S tream协议为流数据的传输定义了单个通道 ， 与AXI4不同， AXI 4- S tream接口可以突发无限数量的数据 。

AXI4 实例

对于 AXI4 和 AXI4-Lite 的 5 个通道：

如下图所示为一个 AXI4 的实例，用于高性能内存映射需求（DDR、BRAM等） 。

Xilinx 的 ZYNQ 系列 FPGA 通过总线互联AXI Interconnect 连接到 AXI BRAM Controller 控制 BRAM 存储器资源，五种颜色的内分别表示一个通道，从上至下依次为 读地址通道 （araddr）、 写地址通道 （awaddr）、 写响应通道 （bresp）、 读数据通道 （rdata）和 写数据通道 （wdata）， 每个通道中均有valid和ready握手信号 。

读地址/写地址通道 ，主机通过这两个通道向从机写入地址和控制信息，通道的方向为主机Master向从机Slave传输，通道内除了ready信号外的其余信号均为输出，valid为高电平时表示主机认为自己输出的数据有效，ready信号为输入信号，由从机Slave给出，当ready为高时表示从机已经准备好接收主机的数据，ready和valid同时为高时代表 从机准备好接收主机数据且主机此时发送了有效的数据 ，正确的传输开始。除了传输地址外，arlen[7:0]代表突发传输的长度，8位可表示0255，代表传输长度1256。

写响应通道 ，从机通过该通道向主机发送响应，valid由从机发出，ready由主机发出。

读数据通道 ，从机通过该通道向主机发送读取出来的数据，valid由从机发出，ready由主机发出，含有一个last信号用来指示每个事务传输过程中的最后一个数据，表示当前事务传输结束。

此外，与写数据通道对比可知，读数据还多了一个读响应信号，省去了单独的读响应通道。

对 AXI4 的读数据/写数据通道，支持数据位宽 8 / 16 / 32 / 64 / 128 / 256 / 512 / 1024 bits。

使用AXI Interconnect互联结构时，对AXI4，支持地址位宽最大64位（默认32位），总线的数据位宽 32 / 64 / 128 / 256 / 512 / 1024 bits；对 AXI4-Lite，总线的数据位宽 32 bits。

** 对于传输的数据位宽不足总线位宽的** ，比如使用 32 bit 的总线传输 8 bit 的信息，则使用写通道的 WSTRB[3:0] 来表示有效的写字节，WSTRB[n] 对应 WDATA[8n+7 : 8n]，当 WSTRB[3:0] = 4’b0001 时，表示 WDATA[7:0] 有效，属于窄传输的一种。

AXI4-Lite 实例

对AXI4-Lite协议，ZYNQ使用该协议驱动AXI GPIO，读写少量的控制、状态寄存器。与AXI4相比，AXI4-Lite是AXI4的删减版，适合轻量级的应用 ，也是包含5个通道，不同的是每个通道都进行了简化，去掉了对突发传输的支持（Burst）。

使用AXI Interconnect互联结构时，对AXI4-Lite，支持地址位宽最大64位（默认32位），数据位宽 32 / 64 bits。

AXI4 的 5 个通道

写地址通道 ：

主要涉及突发传输：

突发类型 AWBURST[1:0]

FIXED： 突发过程中地址固定不变，用于 FIFO 访问；

INCR： 增量突发，突发过程中地址递增，增加量取决于 AxSIZE 的值，支持突发长度 1 ~ 256；

WRAP： 回环突发，和 INCR 类似，但是会在特定高地址的边界处回到低地址处，支持突发长度 2/4/8/16，传输的首地址和每次传输的大小对齐，最低的地址和整个传输的大小对齐，回环边界等于 AxSIZE*AxLEN。

写数据通道 ：

非对齐传输和窄传输：

WSTRB[3:0]：对应写字节，WSTRB[n] 对应 WDATA[8n+7 : 8n]。

WVALID 为低电平时，WSTRB 可以为任意值，WVALID 为高电平有效时，WSTRB 为高的字节线必须指示有效的数据。

窄传输：

当主机产生比数据总线宽度更窄的数据传输时，由地址和控制信号决定哪个字节被传输。比如总线 32-bit，传输 8-bit。

INCR 和 WRAP，不同的字节线决定每次 burst 传输的数据；

写响应通道 ：

读传输的响应信息是附加在读数据通道上的，写传输的写响应有专门的写响应通道。

RRESP[1:0]：读响应；

BRESP[1:0]：写响应

OKAY('b00） ：正常访问成功；

EXOKAY（'b01） ：Exclusive 访问成功；

SLAVERR（'b10） ：从机错误，表明访问已经成功到了从机，但是从机希望返回一个错误的情况给主机；

DECERR（'b11） ：译码错误，一般是由互联组件给出，表明没有对应的从机地址；

读地址通道 ：

与写地址一样。

读数据通道 ：

多出了读响应 ，其他与写数据一样，读传输的响应信息是附加在读数据通道上的。

读事务和写事务均有响应，对于读事务，读响应和读数据一起发给主机，而写事务则通过写响应通道传送。响应类型有 OKAY、EXOKAY、SLAVERR、DECERR。

上述响应分别表示：正常读写成功、独占式读写、设备错误、译码错误。

协议规定：请求的需要传输的数据数量必须执行，即使出现了错误报告，在一次突发式读写的剩余数据也不会被取消。

AXI4-Lite 的 5 个通道

AXI4-Lite 是 AXI4 的精简版，保留了 5 个通道的基本功能 ，取消了突发，每次只能传输 1 个数据。

对于写地址/写数据/写响应通道：

取消了和突发传输相关的 AxBURST 信号以及突发长度等。

对于读地址/读数据通道：