FPGA教程系列-Vivado AXI4-Full接口

换换脑子，回过头来再看看AXI-Full协议，概念就不在唠叨了，反正就是AXI有三种，这个是最全乎的。

多出来一个总线的概念：

一般情况下，AXI4-Full总线也被直接简称为AXI4总线。AXI4-Full、AXI4-Lite都是内存映射型总线（需要地址），其是多主多从的拓扑结构，可通过Interconnect（AXI4交换设备）来进行互联。具体到XILINX的AXI4应用，一般使用这两个IP来进行多主多从的AXI接口互联：AXI Interconnect（一般使用这个）、AXI SmartConnect。 拓扑结构图如下：

通道与AXI-Lite一致，其实有个事务的概念比较模糊，所以学习下，为什么读，写都叫做事务。

传输事务

传输事务（Transaction）是指一次完整的、不可分割的读写操作过程。

在 AXI 协议中，仅仅发送一个地址，或者仅仅发送一个数据，都不能算作一个事务。事务是这些步骤的组合。

"Transaction"这个词最初大量用于商业和数据库领域（比如银行转账），引入到电子工程和总线协议中非常贴切，原因如下：

A. 强调"完整性" (Completeness)

在商业中，一手交钱一手交货才叫一个 Transaction。如果你给了钱（发送了写数据），但对方没给你收据（没有写响应），这笔交易就不算完成。

在 AXI 中，使用"事务"这个词是为了强调：地址、数据、响应虽然是在不同的通道（Channel）上独立传输的，但它们在逻辑上是一个整体。 缺少任何一个环节，这个操作就是失败的。

B. 强调"解耦"与"逻辑关联"

早期的简单总线（如 SPI 或简单的 SRAM 接口），地址线和数据线是绑定在一起的，发地址的同时必须发数据。

而在 AXI 这种高级协议中，通道是独立的。

可以先发地址，过一会再发数据。
可以连续发 10 个写地址（10 个写事务的开头），然后再慢慢发这 10 个事务的数据。
为什么不会乱？ 因为这些分散在不同时间、不同通道上的动作，都属于特定的"事务"。系统通过 ID（Transaction ID）把它们关联起来。

C. 区分"一次操作"与"一次传输" (Burst vs Beat)

Beat (拍/传输): 时钟跳一下，传送一个数据（例如 32-bit）。
Burst (突发): 一次"事务"可以包含很多个"Beat"。比如我发一个地址，要求读 1KB 的数据，这可能需要传送 256 次数据（Beat）。
Transaction (事务): = 1 个地址请求 + N 次数据传输 (Burst) + 1 次响应。

什么是突发？

再说个题外话，看到突发，总是不太理解，为什么要用这个词，再理解一下

什么是突发（Burst）？用一句话概括： "突发"就是"给一个首地址，连续传一堆数据"。

在没有突发模式（Single mode）的旧式总线中，传输数据是这样的：

发送地址 A -> 传输数据 D1

发送地址 A+1 -> 传输数据 D2

发送地址 A+2 -> 传输数据 D3
...
（发 1 个数据就要喊 1 次地址，非常啰嗦）

而在 AXI 等现代总线的突发模式（Burst mode） 中，传输是这样的：

发送首地址 A，并告诉对方："我要从这里开始，连续拿 4 个数据"。

传输数据 D1

传输数据 D2

传输数据 D3

传输数据 D4
（只喊 1 次地址，后面数据就像连珠炮一样发过来，不需要再给地址了）

在 AXI 协议中，Slave（从机）会自动计算下一个地址（比如传完地址 0x00，它知道下一个是 0x04，再下一个是 0x08，以此类推），直到传完指定数量的数据。

基本解释清楚了，就是一个连续的数据的传输，至于为什么叫突发，为了形容数据传输的形态和速度。类似的比喻是机关枪的连射模式。一顿突突突，对面就挂一大片。

说到突发了，下面看下时序，可以理解为这次机关枪发了4发子弹写入。

读也一样，而且是在握手成功后。不懂握手的话，再去练习stream模式吧，Full不适合你。

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突发长度与宽度（Length & Size）这部分定义了"一梭子子弹"有多少发，以及每一发有多大。

AxLEN (Length): 协议为了省资源，用 0 表示 1 次传输。

如果 ARLEN = 0，代表突发长度为 1。
如果 ARLEN = 15，代表突发长度为 16。
公式： 实际传输次数 = AxLEN + 1。

AxSIZE (Size): 用 2 的幂次方表示数据宽度。

000 = 202^020 = 1 字节 (8-bit)
010 = 222^222 = 4 字节 (32-bit)
011 = 232^323 = 8 字节 (64-bit)

三种突发类型（Burst Type）

A. FIXED (固定模式)：地址行为： 地址始终不变 。例如：首地址是 0x100，突发 4 次。地址序列：0x100 -> 0x100 -> 0x100 -> 0x100

B. INCR (Increment - 递增模式)：地址行为： 地址线性增加 。增加的步长等于数据宽度（Size）。例如：首地址 0x100，突发 4 次，每次 4 字节。地址序列：0x100 -> 0x104 -> 0x108 -> 0x10C

C. WRAP (回环/回卷模式)：地址行为： 地址线性增加，但一旦到了 "边界" ，就会回跳（Wrap） 到低地址，形成一个循环。限制： 长度只能是 2, 4, 8, 16（必须是 2 的幂）。

读取与写入事务

这个看图说话，对应了5个通道。

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写响应通道 (Write Response Channel) 上可能的响应值包括：

OKAY (0b00)：正常访问成功。表示已成功完成正常访问

EXOKAY (0b01)：专属访问成功。

SLVERR (0b10)：从设备错误。已成功访问从设备，但从设备希望向发端主设备返回错误条件（例如，数据读取无效）。

DECERR (0b11)：解码器错误。通常由互连组件生成，用于指示传输事务地址处没有任何从设备

信号

就看几个常用的信号即可：

全局信号（不属于任何通道）：

ACLK: 全局时钟线（所有信号都在上升沿采样）。
ARESETn : 全局复位线（低电平有效 ，所以带个 n）。

写地址通道 (Write Address Channel) - 前缀 AW ：

AWADDR: 写地址（你要写到哪里）。
AWLEN: 突发长度（Burst Length）。告诉 Slave："我要连着写多少个数据"。（实际传输次数 = AWLEN + 1）。
AWSIZE: 突发大小。每一个数据有多宽（1字节？4字节？）。
AWBURST: 突发类型（固定地址写、递增地址写等）。
AWID: 事务 ID（给这个订单贴个号，用于乱序处理）。
AWVALID / AWREADY : 握手信号（Master 说地址有效，Slave 说我准备好收地址了）。

写数据通道 (Write Data Channel) - 前缀 W

WDATA: 写数据（真正的货物）。
WSTRB: 写选通（Write Strobe）。像个掩码，比如 32位数据中，我只想改写其中某 8位，就靠它标记。
WLAST : 最后一个数据标记。告诉 Slave："这是本次突发的最后一包数据，发完这包就结束了"。
WVALID / WREADY : 握手信号。

写响应通道 (Write Response Channel) - 前缀 B

这个通道负责 "签收回执" 。注意，这里的前缀是 B（代表 Back 或 Buffer）。

BRESP: 写响应状态。告诉 Master："写成功了 (OKAY)"还是"写失败了 (ERROR)"。
BID : 响应 ID。必须和 AWID 对应，证明是哪笔订单的回执。
BVALID / BREADY : 握手信号。

读地址通道 (Read Address Channel) - 前缀 AR

ARADDR: 读地址。
ARLEN: 读突发长度（我要连着读多少个）。
ARSIZE: 读数据宽度。
ARBURST: 读突发类型。
ARID: 读事务 ID。
ARVALID / ARREADY : 握手信号。

读数据通道 (Read Data Channel) - 前缀 R

RDATA: 读回来的数据。
RRESP: 读响应状态（数据是否读取成功）。注意：读操作的状态是跟数据一起回来的，不像写操作有单独的响应通道。
RLAST : 最后一个数据标记。Slave 告诉 Master："这是你要的最后一个数了"。
RID : 读 ID。对应 ARID。
RVALID / RREADY : 握手信号。

4K边界

AXI4协议规定主机上寄存器块的最小分块单元为4K Byte，每个从机的开始映射地址都是4KB的边界。这也影响了AXI4的一个读写规则，那就是一个burst传输不能跨越4KB的界限，否则就会引入将数据错误写入其他从机的风险。注意这个4KB的界限指的是MASTER的地址界限，例如一个burst中不能越过0xXXXX_X000的地址位。

举个例子：数据位宽m_axi_wdata=128bit，突发长度为100。可以计算出突发长度的字节数量：128÷8×100 =1600。

第1次：突发开始的地址是0，结束地址（最后一个字节的地址）是1599。
第2次：突发开始的地址是1600，结束地址（最后一个字节的地址）是3199。
第3次：突发开始的地址是3200，结束地址（最后一个字节的地址）是4799。这就有问题了，因为地址超过了4096（即4k边界）

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协议就看到这里，具体用的时候再细说吧，主打一个了解。