【总线】AXI4第六课时：寻址选项深入解析

AWLEN或ARLEN信号指定了每个突发中发生的数据传输的数量。如表4-1所示，每个突发可以包含1到16个传输。对于包装突发，突发长度必须为2、4、8或16个传输。每个事务必须完成ARLEN或AWLEN指定的传输数量。任何组件都不能提前终止突发以减少数据传输的数量。在写入突发期间，如果主设备通过取消所有写入使能信号来禁用进一步的写入，它必须完成突发中的剩余传输。在读取突发期间，主设备可以丢弃不需要的进一步读取数据，但它必须完成突发中的剩余传输。

注意：丢弃不需要的读取数据可能导致在访问诸如FIFO之类的读取敏感设备时丢失数据。主设备在使用比需要的更长的突发长度访问此类设备时，绝不能这样做。

表突发长度编码

|--------------|--------------|--------|
| ARLEN $3:0$ | AWLEN $3:0$ | 数据传输数量 |
| b0000 | | 1 |
| b0001 | | 2 |
| ... | ... | ... |
| b1101 | | 14 |
| b1110 | | 15 |
| b1111 | | 16 |

突发大小

表4-2展示了ARSIZE或AWSIZE信号如何指定突发传输中每个节拍传输的最大数据字节数。AXI根据传输地址确定数据总线上使用的字节道。

对于增量或包装突发，如果传输大小小于数据总线宽度，则每个节拍的数据传输在不同的字节道上进行。固定突发的地址保持不变，每个传输使用相同的字节道。任何传输的大小都不能超过事务中组件的数据总线宽度。

表突发大小编码

|---------------|---------------|---------|
| ARSIZE $2:0$ | AWSIZE $2:0$ | 传输中的字节数 |
| b000 | | 1 |
| b001 | | 2 |
| b010 | | 4 |
| b011 | | 8 |
| b100 | | 16 |
| b101 | | 32 |
| b110 | | 64 |
| b111 | | 128 |

突发类型

AXI协议定义了三种突发类型：

固定突发（Fixed Burst）：在固定突发中，突发内每个传输的地址都保持不变。这种突发类型适用于对同一位置的重复访问，例如加载或清空外围FIFO。
增量突发（Incrementing Burst）：在增量突发中，突发内每个传输的地址是前一个传输地址的增量。增量值取决于传输的大小。例如，在大小为四个字节的突发中，每个传输的地址是前一个地址加四。
包装突发（Wrapping Burst）：包装突发类似于增量突发，但是当达到包装边界时，地址会回绕到较低的地址。包装边界是突发中每个传输的大小乘以突发的总传输数量。

表突发类型编码

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| ARBURST $1:0$ | AWBURST $1:0$ | 突发类型 | 访问类型 |
| b00 | b00 | FIXED | 固定地址突发 |
| b01 | b01 | INCR | 增量地址突发 |
| b10 | b10 | WRAP | 包装地址突发 |
| b11 | b11 | Reserved | 保留 |

突发地址

本节提供了一些简单的公式，用于确定突发传输中的地址和字节道。这些公式使用了以下变量：

Start_Address：主设备发出的起始地址。
Number_Bytes：每个数据传输的最大字节数。
Data_Bus_Bytes：数据总线的字节道数。
Aligned_Address：起始地址的对齐版本。
Burst_Length：突发内总的数据传输数量。
Address_N：突发内第N个传输的地址。N是2到16之间的整数。
Wrap_Boundary：包装突发内的最低地址。
Lower_Byte_Lane：传输中的最低地址字节的字节道。
Upper_Byte_Lane：传输中的最高地址字节的字节道。
INT(x)：x的向下取整整数值。

使用这些方程来确定突发内传输的地址：

起始地址：Start_Address = ADDR
每个数据传输的字节数：Number_Bytes = 2^SIZE
突发长度：Burst_Length = LEN + 1
对齐的起始地址：Aligned_Address = INT(Start_Address / Number_Bytes) * Number_Bytes

使用这些方程来确定突发内第一个传输的地址：

第一个传输的地址：Address_1 = Start_Address

使用这些方程来确定突发内第一个传输后的任何传输的地址：

Address_N = Aligned_Address + (N -- 1) * Number_Bytes

对于包装突发，使用以下方程来确定包装边界：

Wrap_Boundary = INT(Start_Address / (Number_Bytes * Burst_Length)) * (Number_Bytes * Burst_Length)

如果Address_N等于Wrap_Boundary加上Number_Bytes乘以Burst_Length，则使用以下方程：

Address_N = Wrap_Boundary

使用这些方程来确定突发内第一个传输使用的字节道：

Lower_Byte_Lane = Start_Address - INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes) * Data_Bus_Bytes
Upper_Byte_Lane = Aligned_Address + (Number_Bytes - 1) * INT(Start_Address / Data_Bus_Bytes) * Data_Bus_Bytes

使用这些方程来确定突发内第一个传输后所有传输使用的字节道：

Lower_Byte_Lane = Address_N -- INT(Address_N / Data_Bus_Bytes) * Data_Bus_Bytes
Upper_Byte_Lane = Lower_Byte_Lane + Number_Bytes -- 1

数据在以下位置传输：

DATA $(8 \* Upper_Byte_Lane) + 7 : (8 \* Lower_Byte_Lane)$

升华！

寻址选项的重要性

寻址选项在AXI协议中扮演着至关重要的角色。它们不仅决定了数据如何被传输，还影响着系统的性能和效率。通过合理配置寻址选项，可以确保数据传输的准确性，并最大化利用系统资源。

突发长度的实际应用

突发长度是指在一个突发传输中包含的数据传输次数。这个参数直接影响到数据传输的总量。例如，在内存密集型应用中，较长的突发长度可以减少访问次数，从而提高效率。

示例说明： 假设一个系统使用32位宽的数据总线，并且ARLEN设置为b0100，表示突发长度为4。如果每次数据传输是32位，那么整个突发将传输128位（16字节）的数据。

突发大小对性能的影响

突发大小定义了每次数据传输中包含的字节数。这个参数对于确保数据在总线上正确传输至关重要。较大的突发大小可以减少传输相同数量数据所需的总线周期数。

示例说明： 如果AWSIZE设置为b110，表示每次数据传输包含64字节。在上述相同的4次传输突发中，总共将传输256字节的数据，这比b100（16字节每次）的配置效率更高。

突发类型的选择

突发类型的选择取决于具体的应用场景和数据访问模式。固定突发适用于对同一地址的连续访问，增量突发适用于顺序访问，而包装突发则适用于需要在特定边界回绕的场景。

示例说明： 考虑一个需要连续读取多个缓存行的应用，可以使用包装突发来优化访问模式。如果缓存行大小为64字节，并且数据总线宽度为128字节，则可以使用b111（128字节）的AWSIZE和b10（包装）的AWBURST来实现高效的数据传输。

突发地址的计算方法

正确的地址计算对于确保数据被传输到正确的位置至关重要。AXI协议提供了一套公式来计算突发内每个传输的地址和使用的字节道。

示例说明： 如果一个突发操作的起始地址是0x1000，数据总线宽度为128字节，ARSIZE为b111（128字节），突发长度为4次传输（ARLEN为b0100），那么第一个传输的地址是0x1000，第二个是0x1080，第三个是0x1100，第四个是0x1180。

通过这些公式，设计者可以精确控制数据传输的地址，从而实现对系统内存的高效访问。

结论

AXI协议的寻址选项为设计者提供了强大的工具，以实现高效、灵活的数据传输。理解并正确应用这些选项，可以显著提高系统的整体性能。通过上述示例和说明，我们可以看到寻址选项在实际应用中的重要性，以及如何利用它们来满足不同的设计需求。