基于AMBA 3 AXI協(xié)議的規(guī)劃方案

要想正確領會工程師在基于AMBA 3 AXI協(xié)議的設計中所面臨的設計挑戰(zhàn)復雜性，必須首先了解AMBA 3 AXI協(xié)議自身的技術特點。AMBA 3 AXI協(xié)議由30多家公司協(xié)作開發(fā)，用于滿足下一代設計的需要。AMBA 3 AXI協(xié)議定義了一個單向的通道架構，能夠有效地使用寄存器分段實現(xiàn)更高速度的管道連接。憑借對多事務處理和亂序事務處理的支持，再加上對讀、寫和地址/ 控制通道的有效利用，它能使系統(tǒng)獲得更高的性能和效率，系統(tǒng)性能僅受限于其外圍設備的自身性能。

AMBA 3 AXI協(xié)議：

通道能力

通道概念的引入使AMBA 3 AXI架構與以前的AMBA協(xié)議有很大的不同。5個獨立通道的每一個都由一組信息信號組成，并使用雙向VALID和READY握手機制。信息源使用 VALID信號表明通道上的數(shù)據(jù)和控制信息何時有效，目的端使用READY信號表明何時能夠接收數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)通道和寫數(shù)據(jù)通道都包含一個LAST信號，以顯示事務處理中最后一個數(shù)據(jù)項的傳遞何時發(fā)生。每一個讀事物處理和寫事物處理都有自己的地址通道，地址通道中包含了事物處理所需的所有地址和控制信息。讀數(shù)據(jù)通道傳送讀數(shù)據(jù)和任何由從設備返回到主設備的讀響應信息，其數(shù)據(jù)總線寬度可以是8位~1024位，讀響應信息表明讀事物處理的完成狀態(tài)。寫數(shù)據(jù)通道傳送主設備到從設備的寫數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)總線寬度可以是8位~1024位。寫數(shù)據(jù)通道還包括1個字節(jié)的狹窄通道，對每8個數(shù)據(jù)位進行過濾，表明數(shù)據(jù)總線上哪些字節(jié)是有效的。對獨立數(shù)據(jù)傳送的支持使總線得到了更有效的使用，能獲得更高的性能、更低的時延和增強的帶寬操作。

針對AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解決方案

基于AMBA 3 AXI協(xié)議的復雜性，設計和驗證一個基于該標準的子系統(tǒng)變成一項主要工作，并需要大量的專門技術。通過提供給工程師公共的設計和驗證IP模塊，實現(xiàn)從模塊級到子系統(tǒng)級的快速實現(xiàn)和確認，針對AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解決方案使設計變得輕松。另外，coreAssembler 工具可實現(xiàn)子系統(tǒng)的自動裝配，并自動產生測試平臺架構。當使用DesignWare IP 解決方案時，設計者能夠快速裝配、綜合和驗證基于AMBA 3 AXI的設計。

DesignWare綜合IP

DesignWare的綜合IP是三部分解決方案中的第一部分，它實現(xiàn)了基于AMBA 3 AXI協(xié)議的高帶寬、低時延和高性能設計的快速應用。綜合IP包括3個關鍵的組件：互連總線結構、AXI到AHB子橋、主/從通用接口模塊。這些組件是任何SoC新設計的基本構造模塊，并能使設計者輕松實現(xiàn)基于AMBA 3 AXI協(xié)議的體系架構。這些IP組件也有助于將現(xiàn)有IP和特定應用模塊轉換至AMBA 3 AXI架構，因此確保了更高的資源重用性。

DesignWare互連架構(DW_axi)是基于AMBA 3 AXI 協(xié)議設計中標準互連架構的最佳解決方案。DW_axi的配置靈活性提供給工程師一組功能集合，以滿足他們具有優(yōu)先級的設計需求。DW_axi是一個 AMBA 3 AXI協(xié)議的RTL互連實現(xiàn)，在那里不同的主、從設備之間會發(fā)生同時的數(shù)據(jù)傳輸。組件可以被配置成支持高達16個主設備和從設備，它們都支持所有指定了地址和數(shù)據(jù)寬度的協(xié)議。DW_axi基于一個多地址、多數(shù)據(jù)的總線架構，并帶有一個可選的內建系統(tǒng)解碼器。每一個事物處理在地址通道上都有地址和控制信息，以描述數(shù)據(jù)被傳送的特性。數(shù)據(jù)在主設備和從設備之間傳送，可通過寫數(shù)據(jù)通道傳送至從設備，或通過讀數(shù)據(jù)通道傳送至主設備。在寫事物處理中，AMBA 3 AXI協(xié)議有一個額外的寫響應通道，允許從設備給主設備發(fā)信號表明寫事物處理已完成。這種多層互連的體系結構允許在所有5個AMBA 3 AXI通道的不同主、從設備對之間進行并行數(shù)據(jù)傳輸。因此，系統(tǒng)帶寬不受DW_axi的限制，而是受限于外部的主、從設備。

除了提供組合的內建地址和數(shù)據(jù)通道控制外，DW_axi通過提供內部和外部的流水線操作功能，即所謂的寄存器分段，還實現(xiàn)了增強和優(yōu)化的工作頻率、帶寬和性能。可配置的內部和外部寄存器分段能被應用到全路徑或只是前向控制路徑的單獨通道，提供對定時選擇的最大靈活性，并產生最佳的性能。為了優(yōu)化 DW_axi以達到最佳的性能同時還保證最小的面積，DW_axi中包括了從設備可見功能，當不是所有的子設備對所有主設備都可見的時候予以使用。它定制了正常模式和啟動模式下主設備訪問每一個子設備的可見性，從而減少了仲裁邏輯的復雜性，能夠用最少的邏輯達到最佳的性能。

圖1 使用DesignWare驗證IP創(chuàng)建一個子系統(tǒng)驗證環(huán)境

為了實現(xiàn)AMBA 3 AXI協(xié)議與現(xiàn)有AMBA 2.0技術的互操作能力，DesignWare IP 解決方案包括一個AMBA 3 AXI到AMBA 2.0 AHB 的橋接(DW_axi_x2h)。DW_axi_x2h可支持同基于AMBA 2.0 AHB子系統(tǒng)的連接，提供對現(xiàn)有基于AHB子系統(tǒng)的可重用支持。 在Lite模式下，獨立的從設備組件能夠直接連接到基于AMBA 3 AXI協(xié)議的總線上。這種互操作能力的優(yōu)勢是，工程師可以訪問大量針對AMBA 2.0 AHB和APB 協(xié)議、已經過硅驗證的現(xiàn)有DesignWare綜合和驗證IP 。這增加了模塊重用的機會，使工程師可以效力于開發(fā)具有差異性的新型子系統(tǒng)，而不必在創(chuàng)建和確認普通子系統(tǒng)上花費過多時間。DesignWare綜合IP 解決方案還包括其它普通的基于AMBA 2.0 的設計模塊，比如AHB總線架構、DW_ahb、APB橋、APB結構、DW-apb，以及很多外圍模塊如DMA、內存控制器、I2C、SSI、GPIO 、RTC 、定時器和中斷控制器。