Avalon总线学习
avalon总线可以分为：
-
Avalon clock interface
-
Avalon reset interface
-
Avalon Memory mapped interface
-
Avalon iterrupt interface
-
Avalon streaming interface
-
Avalon tri-state conduit interface
-
Avalon conduit interface
1、Avalon clock interface
这是一个时钟接口，所有的avalon接口都是同步的，都需要有一个时钟，在qsys中，我们每添加一个新的IP核，都需要将它与时钟连接上。自定义IP核时，可以定义一个时钟接口，也可以定义多个时钟接口，时钟接口可以时输入，也可以是输出，就比如PLL锁相环，有输入时钟，又有输出时钟。下图是锁相环的接口图
我们重点关注clock sink输入接口和clock source输出接口。
1）clock sink信号类型：
| 信号 | 宽度 | 方向 | 是否必选 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| clk | 1 | input | 是 | 一时钟信号，为内部逻辑和其他接口提供同步 |
在qsys中clock sink的属性：
只有一个clock rate，如果为0，那么clock rate无效，如果不为0并且连接的时钟源不是指定的频率，那么qsys则发出警告，一般我们这里采用默认设置就可以了。
2）clock source信号类型
| 信号 | 宽度 | 方向 | 是否必选 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| clk | 1 | output | 是 | 一个输出时钟信号 |
clock sink是用于整个内部逻辑和其他接口的时序
clock source就是用于外部逻辑和其他接口的时序。
属性如下：
-
associaated direct clock
任何一个同步的接口都要依附一个时钟，那么这个依附的时钟就是associaated direct clock ，比如双口fifo，我们的输入端口依附的时钟就是输入时钟，我们的输出端口依附的就是输出时钟。
-
clock rate
表示频率，使用默认设置即可
- clock rate known
表示时钟频率是否已经知道，如果已经知道，这个信息在系统中可以用于自定义其他 组件
2、Avalon reset interface
这是又给复位接口，avlaon接口他们的复位都是连接在一起的，只要nios ii处理器复位了，那么所有的ip也会一起复位。和时钟接口一样可以分为reset sink和reset source。
信号类型
| 信号 | 宽度 | 方向 | 是否必选 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| reset、reset_n | 1 | input | 必选 | 复位信号，reset高电平有效，reset_n低电平有效 |
| reset_req | 1 | input | 可选 | 复位请求信号 |
信号属性
1）reset sink的信号属性：
associateed clock
关联的同步信号，如果我们自定义IP核将输入时钟接口命名为clk，那么此时同步到该接口的时钟名称就是clk，如果我们命名为clock那么此时同步到该接口的时钟名称就是clock。
- synchronous edges
表示reset输入需要同步类型，none选项表示不服位；deassert选项表示异步复位；both选项表示同步复位。
2）reset source
| 信号 | 宽度 | 方向 | 是否必选 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| reset、reset_n | 1 | output | 必选 | 复位信号，reset高电平有效，reset_n低电平有效 |
| reset_req | 1 | output | 可选 | 复位请求信号 |
属性：和reset sink差不多
3、Avalon Memory mapped interface
也就是Avalon-MM，它是一个地址映射接口，可以通过地址读写数据，这个接口非常的常用，也是一个非常重要的接口，疑问我们后面自定义用户外设的化，也是基于这个接口去构建的。采用全同步时序。
Avalon-MM总线是一种主从式的传输方式，由一个主控端外设发起并控制传输的过程，而从属端外设响应经由总线模块发来的信号完成整个传输。Avalon-MM总线不会因为总线被占据而延误传输的时间，有逻辑仲裁，可以遵循先来后到的规则，也可以遵循谁重要谁先访问的规则。
也就是nios cpu可以跟多个外设建立一个单独的通道,当多个主机访问同一个slave时,由仲裁模块决定谁先访问.
信号类型以及信号流向:
Avalon-MM信号可以分为主端口信号和从端口,每个单独的主端口或从端口使用的信号类型由外设的设计决定.
属性：
| 属性名称 | 描述 |
|---|---|
| address units | 为地址信号指定单位 |
| associated clock | 同步到该接口的时钟名称 |
| associated reset | 同步到该接口的复位名称 |
| Bits per symbol | 定义每个符号位的位数 |
| Burstcount ubits | 为burstcount信号指定单位 |
| Explicit address span | 明确地址范围 |
| setup | 数据建立时间 |
| read wait | 读取等待时间 |
| write wait | 写入等待时间 |
| Hold | 数据保持时间 |
| Timing units | 为setup，hold，write wait和read wait指定单位 |
| Read latenccy | 读延时 |
| Maximum pending read transactions | 在从设备中：这个参数是从设备在等候未读的队列最大数。在主设备中：表示主设备生成的未解决的读事件数量 |
| Burst on rurst boundaries only | 写信号 |
| LineWrap Bursts | 写进来的数据 |
传输方式有：基本传输、流水线传输、突发传输的。流水线传输地址需要多次发送，而突发传输只需要发送1次（首地址）。
Avalon-MM的传输时序：
同种类型的主端口与从端口传输在时序上基本是一致的，其区别仅在于主端口传输时由主端口外设驱动总线模块，而从端口传输是由总线模块驱动从端口外设。
Avalon-MM从端口固定延时的写基本传输时序图
当时钟的上升沿到来的时候，拉高write信号，同时给出写地址address和要写的数据writedata。信号的流向可以参考上图：信号类型以及信号流向
将write wait设置为2，就变成下图，write信号延迟了2个时钟周期，可以给外设充分的响应时间。
可变延迟的写基本传输时序
可变延迟传输和固定延迟传输的区别在于是否存在waitrequest信号。
当waitrequest信号为低时，且write为高时，在时钟上升沿地址和数据才能被传输。
流水线传输时序
下面时序是主机读取从机的数据，主机将read拉高，从机发送低电平的waitrequest信号给主机时，主机将地址address信号传输给从机，从机返还数据给主机的同时把readdatavalid信号拉高，代表数据有效。
在流水线时序传输时序中，需亚奥设置Maximum pending read transactions信号属性，这个属性时表示这个模块最大能接受的流水量。
写突发传输时序
只需要给出初始地址address，和突发长度，地址能依次累加写入数据。
读突发传输
read：主机->从机，拉高，同时将address地址和burstcount突发长度给从机，告诉从机从哪里开始读取数据，读取几个数据。
readdatavali：从机-->主机，拉高时，代表从机返还数据给主机，主机可以开始接收数据了。
4、Avalon interrupt interface
这一一个中断接口，自定义外设组件中需要使用中断功能的时候，我们就可以通过这个接口来实现。
1）输入：interrupt receiver
| 信号类型 | 位宽 | 是否必选 | 描述 | 方向 |
|---|---|---|---|---|
| irq | 1-32 | 是 | irq是n位的矢量，每个位直接对应一个IRQ发送器，没有优先级在内的呈现 | 输入 |
- 属性
2）输出：interrupt sender
| 信号类型 | 位宽 | 是否必选 | 描述 | 方向 |
|---|---|---|---|---|
| irq、irq_n | 1 | 中断请求信号。当从器件需要接收时使irq有效 | output |
- 属性：
中断号0的最高，然后是1，依次递推。
5、Avalon streaming interface
它是一个流接口，streaming就是流水的意思，它支持单向数据流，包括数据包，dsp数据等等，avalon-st接口与avalon-mm接口的区别是非常明显的，avalon-mm接口主要用于sopc控制流传输或者简单的数据流传输，而avalon-st接口则主要用于sopc设计中高速数据流的传输，二者可以说是相辅相成的，搭配使用可以清晰的分离系统内的控制流核数据流，显著地提高系统整体地可靠性核运行效率。Avalon-ST是一种单向点对点的高速接口。
| Avalon-MM | 用于qsys控制流传输或者简单的数据流传输 |
|---|---|
| Avalon-ST | 适用于一些传递速度要求较高，没有地址要求的应用方面 |
Avalon-MM包含两种接口source端口和sink端口，数据流向
- 信号类型：
- 属性：
注意first symbol in high-order bits选项：
解释一下这个选项的含义：
假设data bits per symbol=16，将它分为symbol0、symble1、symbol2和symbol3四组，如果选中了first symbol in high-order bits,那么symbol0就在最高位，如果没有选中，那么symbol0就会在最低位。
Avalon-ST的传输时序
分为基本传输和包传输。
1）基本传输：
基本传输无反馈信号连接示意图：source接口发送数据，sink接口接收数据。valid信号表示数据是否有效。
时序图：valid信号为高就可以采集数据了，此时数据有效。
有反馈信号ready的基本传输连接示意图：
因为有ready信号，我们就可以使用到于ready信号相配合使用的ready latency信号属性。如下图，当ready为低的时候，sink是不接受数据的，只有当ready、
valid同时为高是，sink接口才可以接收数据。
再看一个例子：当ready信号有效时，valid信号等待了2个时钟周期才有效，此时sink才会接收source发送的数据。
2）包传输
在Avalon-ST中，我们使用SOP和EOP来指示一个包。sop就是start of packet ，eop就是end of packet。
时序图：
startofpacket和endofpacket的值仅在valid信号拉高时有意义。当startofpacket为高时，数据就开始传输，当endofpacket为高时，数据包停止传输。当两次包传输之间没有空闲期时，startofpacket信号可以紧跟一次包传输的endofpacket信号。注意当ready信号和valid信号同时为高时才开始传输数据。
在看一下其他信号：empty\channel\error
由于使用了channel信号，所以需要设置maximun channel信号属性。maxinmum channel就是用来说明数据接口支持的最大通道数。
6、Avalon tri-state conduit interface
简称Avalon-TC，它是一个三态导管接口。是为了驱动外围组件地片上控制器而设计地。由于多重外围设备可以通过该接口共享数据，地址核控制引脚，因此它能节约FPGA引脚。一个点到点的接口。
altera提供的关于avalon三态导管接口的IP核：
generic tri-state controller、tri-state conduit bridege、tri-state conduit bridge translator、tri-state conduit pin shaarer
7、Avalon conduit interface
它是一个单纯地导管接口，该接口可以将Qsys系统中地信号或者信号组连接到设计中的其他模块或者FPGA的管教上，比如我们将PIO IP核的引脚引出Qsys系统，然后分配给LED管脚，或者其他FPGA管脚。
属性
c
--晓凡 2024年3月14日于武汉书