ARM芯片架构之DAP:AXI-AP 技术详解

1. AXI-AP 概述

AXI-AP（AXI Access Port）实现了MEM-AP架构，用于直接连接到AXI内存系统。通过合适的桥接组件，也可以连接到其他内存系统。

2. 时钟与复位

2.1 时钟域配置

AXI-AP在单一时钟域运行，该时钟必须同时用于DAPBUS接口和AXI接口。

2.2 复位特性

AXI-AP的时钟和复位信号包括：

clk：时钟信号
resetn：低电平有效复位信号，异步断言，同步解除

复位影响：

复位时整个AXI-AP模块被重置，事务历史丢失
ARM不建议在AXI传输过程中断言复位，但AXI-AP允许此操作（需知会丢失所有事务历史）

3. 功能接口

AXI-AP包含三个主要总线接口：

DAPBUS从接口：连接到DAPBUS互连
认证从接口
AXI4主接口

4. AXI-AP核心特性

4.1 特性列表

特性	说明
AXI4接口支持	-
自动递增TAR	-
停滞访问	-
访问大小	8、16、32或64位
字节序	小端格式
错误响应	-
打包传输	-
ROM表指针寄存器	-
长地址支持	-

5. 传输中止与错误处理

5.1 DAP传输中止

当DP通过DAPBUS接口发出中止时：

AXI-AP立即完成其DAPBUS从接口上的事务
不取消正在进行的AXI传输

5.2 错误响应机制

5.2.1 AXI发起的错误响应

AXI主接口接收的错误响应在传输完成时传播到DAP总线
64位数据传输需要两次DAP总线访问：
- 读取：DAP总线的第一次读取请求在AXI接口上发送读取请求
- 写入：只有在DAP总线上收到两次写入请求后，才在AXI接口上发送写入访问

错误响应分配：

读取请求的错误响应针对DAP总线的第一次读取请求
写入请求的错误响应针对DAP总线的第二次写入请求

5.2.2 AP发起的错误响应

中止后的AXI-AP写入：

DP发起中止操作后，如果外部传输仍挂起（TrInProg位保持高电平），所有对AXI-AP的写入都返回可忽略的错误响应
在系统传输完成且TrInProg位设置为0之前，AXI-AP写入持续返回错误

64位AXI读取后的AXI-AP读取：

DAP总线的读取请求必须访问BDx寄存器对的两个寄存器，且必须先访问编号较低的寄存器
对于DRW，需要两次写入请求才能从AXI接口获取完整的64位字
所有其他访问（如读取后跟写入到相同或不同寄存器）都会向DP返回错误响应

5.2.3 特殊情况处理

64位写入序列中断后的写入：

DAP接口的写入请求必须访问BDx寄存器对的两个寄存器，且必须先访问编号较低的寄存器
对于DRW，需要两次写入请求才能在AXI接口上构建64位数据包作为写入数据
所有其他访问（如写入后跟另一个读取-写入到不同寄存器）返回错误响应

示例：

访问DRW后，DAP总线的下一次访问必须是写入DRW，任何其他访问返回错误响应
访问BD0后，下一次访问必须是写入BD1，任何其他访问返回错误响应

中止的AXI屏障事务：

可以中止尚未完成的屏障事务
生成中止请求时，DAPBUS事务在下一个周期完成，但CSW.TrInPrg位保持设置，表示AXI接口正忙等待事务完成
AXI接口忙时，对DRW或BDx寄存器的读取-写入请求（导致AXI接口上的事务）会使AXI-AP向DP返回错误响应

5.2.4 AXI和AP发起的错误响应区分

如果DAPBUS从接口上给出错误响应且CSW寄存器中的TrInProg为低电平，错误来自：

系统错误响应（如果dbgen和spiden允许启动传输）
AXI-AP错误响应（如果dbgen和spiden不允许传输）

表 AXI和AP发起的错误响应区别：

如果给出错误响应且TrInProg为高电平，则错误来自访问端口错误响应。这种情况只能在启动中止后系统传输未完成时发生。

6. AXI传输特性

6.1 基本特性

AMBA4 AXI兼容主端口支持的特性：

仅支持单次传输突发
按发出顺序一次处理一个事务
不支持乱序事务
不发出多个未完成地址

6.2 传输参数详细说明

突发长度：

ARLEN $3:0$ 和AWLEN $3:0$ 始终为0b0000（单次传输）
打包的8位或16位传输在AXI接口上被视为单个突发长度为一次的传输

突发大小：

支持8位、16位、32位、64位

突发类型：

ARBURST和AWBURST信号始终为0b01
在单次传输上下文中，突发类型无实际意义

原子访问：

仅支持正常访问
ARLOCK和AWLOCK信号始终为0b00

6.3 地址对齐要求

不支持未对齐访问，地址必须根据传输大小对齐：

对齐规则：

16位传输：半字对齐
32位传输：字对齐
64位传输：双字对齐

具体示例：

16位半字传输：
- 基地址0x01被对齐，AxADDR $7:0$ = 0x00
- 基地址0x02被保留，AxADDR $7:0$ = 0x02
32位字传输：
- 基地址0x01到0x03被对齐，AxADDR $7:0$ = 0x00
- 基地址0x04被保留，AxADDR $7:0$ = 0x04
64位双字传输：
- 基地址0x04被对齐，AxADDR $7:0$ = 0x00
- 基地址0x08被保留，AxADDR $7:0$ = 0x08

7. 打包传输

7.1 基本概念

DAPBUS接口是32位数据总线，但可根据CSW寄存器中的大小字段形成8位或16位传输
CSW寄存器中的AddrInc字段允许优化DAPBUS使用，减少DAP访问次数
如果启动打包传输，则自动启用地址递增
多个传输在顺序地址中执行，地址增量大小基于传输大小

7.2 传输示例

非打包16位写入：

基地址0x2，CSW $2:0$ = 0b001，CSW $5:4$ = 0b01
WDATA $31:16$ 从DRW寄存器的 $31:16$ 位写入

非打包8位读取：

基地址0x1，CSW $2:0$ = 0b000，CSW $5:4$ = 0b01
RDATA $31:16$ 和RDATA $7:0$ 为零，RDATA $15:8$ 包含读取数据

打包字节写入：

基地址0x2，CSW $2:0$ = 0b000，CSW $5:4$ = 0b10
发起四次写入传输，发送数据顺序：
1. WDATA $23:16$ 从DRW $23:16$ 到AWADDR $31:0$ = 0x000000002
2. WDATA $31:24$ 从DRW $31:24$ 到AWADDR $31:0$ = 0x000000003
3. WDATA $7:0$ 从DRW $7:0$ 到AWADDR $31:0$ = 0x000000004
4. WDATA $15:8$ 从DRW $15:8$ 到AWADDR $31:0$ = 0x000000005

打包半字读取：

基地址0x2，CSW $2:0$ = 0b001，CSW $5:4$ = 0b10
发起两次读取传输：
1. RDATA $31:16$ 从ARADDR $31:0$ = 0x000000002存储到DRW $31:16$
2. RDATA $15:0$ 从ARADDR $31:0$ = 0x000000004存储到DRW $15:0$

7.3 DAPREADY信号行为

AXI-AP仅在所有来自AXI接口的打包传输完成时才置DAPREADY为高电平
如果当前传输中止或当前传输收到ERROR响应，AXI-AP不完成后续打包传输，并在当前打包传输后立即返回DAPREADY高电平

8. AxCACHE与AxDOMAIN有效组合

下表显示了AxCACHE和AxDOMAIN值的有效组合：

AxCACHE $3:0$	访问类型	AxDOMAIN	域类型	有效性
0000	设备	00	非共享	否
0000	设备	01	内共享	否
0000	设备	10	外共享	否
0000	设备	11	系统	是
0010	非可缓存	00	非共享	启用
0010	非可缓存	01	内共享	启用
0010	非可缓存	10	外共享	启用
0010	非可缓存	11	系统	是
0011	非可缓存	00	非共享	启用
0011	非可缓存	01	内共享	启用
0011	非可缓存	10	外共享	启用
0011	非可缓存	11	系统	是
010x	-	-	-	否
100x	-	-	-	否
110x	-	-	-	否
011x	写通	00	非共享	是
011x	写通	01	内共享	是
011x	写通	10	外共享	是
011x	写通	11	系统	否
101x	写回	00	非共享	是
101x	写回	01	内共享	是
101x	写回	10	外共享	是
101x	写回	11	系统	否
111x	写回	00	非共享	是
111x	写回	01	内共享	是
111x	写回	10	外共享	是
111x	写回	11	系统	否

9. 技术要点总结

AXI-AP作为连接DAPBUS与AXI系统的关键组件，提供了灵活的存储器访问能力。其主要技术特点包括：

单时钟域设计：简化时序分析，提高系统稳定性
完善的错误处理机制：支持多种错误场景的检测和处理
严格的传输规范：确保数据传输的可靠性和一致性
灵活的打包传输：优化小尺寸数据访问效率
明确的内存访问规则：包括地址对齐要求和传输大小支持

这些特性使AXI-AP在嵌入式调试和系统开发中具有重要价值，为芯片设计提供了可靠的内存访问解决方案。