學(xué)習(xí)內(nèi)容

近期設(shè)計(jì)需要用到AXI總線的IP，所以就對(duì)應(yīng)常用的IP進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明，本文主要對(duì)AXI互聯(lián)IP進(jìn)行介紹。

基礎(chǔ)架構(gòu)IP

基礎(chǔ)的IP是用于幫助組裝系統(tǒng)的構(gòu)建塊?；A(chǔ)架構(gòu)IP往往是一個(gè)通用IP，它使用通用的AXI4接口在系統(tǒng)中移動(dòng)或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，而不解釋數(shù)據(jù)。

這些基礎(chǔ)的IP各自有自己的常用的功能，下面列舉出一部分AXI接口的基礎(chǔ)構(gòu)架IP。

° AXI Register slices (for pipelining)用于流水線操作?！?AXI FIFOs (for buffering/clock conversion)用于緩存和時(shí)鐘轉(zhuǎn)換。° AXI Interconnect IP and AXI SmartConnect IP (for connecting memory-mapped IP together)用于連接存儲(chǔ)器映射的IP互連。

° AXI Direct Memory Access (DMA) engines (for memory-mapped to stream conversion)用于存儲(chǔ)器映射和數(shù)據(jù)流接口的轉(zhuǎn)換。° AXI Performance Monitors and Protocol Checkers (for analysis and debug)用于分析仿真。° AXI Verification IP (for simulation-based verification and performance analysis) 用于仿真驗(yàn)證。

Xilinx AXI SmartConnect IP and AXI Interconnect IP（AXI互聯(lián)IP）介紹

Xilinx AXI Interconnect IP和AXI SmartConnect IP都可以將一個(gè)或多個(gè)AXI存儲(chǔ)器映射的主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器映射的從設(shè)備。而使用AXI SmartConnect IP，更緊密地集成到Vivado設(shè)計(jì)環(huán)境中，用戶以最小的用戶干預(yù)自動(dòng)配置和適應(yīng)已連接的AXI主從IP。AXI互聯(lián)IP（AXI SmartConnect IP and AXI Interconnect IP）可以用于所有的存儲(chǔ)器映射設(shè)計(jì)中。

在某些情況下，對(duì)于高帶寬應(yīng)用程序，使用SmartConnect IP可以提供更好的優(yōu)化。AXI SmartConnect IP通過綜合針對(duì)重要接口進(jìn)行優(yōu)化的低區(qū)域自定義互連，在低延遲下提供最大的系統(tǒng)吞吐量。

AXI Interconnect IP(axi_interconnect)可以將一個(gè)或多個(gè)AXI存儲(chǔ)器映射的主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器映射的從設(shè)備。Interconnect 相對(duì)于SmartConnect IP更符合來(lái)自ARM的AMBA AXI4規(guī)范，包括AXI4-Lite 接口。

AXI Interconnect IP和AXI SmartConnect IP僅用于存儲(chǔ)器映射傳輸。AXI4-Stream傳輸不適用。但可以使用AXI4-Stream Interconnect IP (axis_interconnect)。帶有AXI4-Stream接口的IP通常彼此連接到DMA IP或者AXI4-Stream Interconnect IP上。

綜上：對(duì)于中到高性能設(shè)計(jì)，推薦使用AXI SmartConnect IP，因?yàn)樗诿娣e和時(shí)間上提供了更好的向上擴(kuò)展。對(duì)于低性能(AX14-Lite)或中小型復(fù)雜性設(shè)計(jì)，AXI Interconnect IP可能更有效的面積。

AXI Interconnect IP使用方式

對(duì)于互聯(lián)IP的使用，在xilinx的指導(dǎo)手冊(cè)中提到了下述四種方式。

1. Conversion Only（僅轉(zhuǎn)換操作）

當(dāng)一個(gè)主設(shè)備連接到一個(gè)從設(shè)備時(shí)，AXI Interconnect IP可以執(zhí)行各種轉(zhuǎn)換和流水線功能。這些操作如下述:

數(shù)據(jù)寬度轉(zhuǎn)換

時(shí)鐘速率轉(zhuǎn)換

AXI4-Lite從機(jī)自適配

AXI4-3從機(jī)自適配

流水線，如寄存器或數(shù)據(jù)通道FIFO操作。

在這些情況下，AXI Interconnect IP不包含仲裁、解碼或路由等邏輯。可能會(huì)導(dǎo)致延遲，延遲大小取決于正在執(zhí)行的轉(zhuǎn)換類型。

下圖顯示了一個(gè)轉(zhuǎn)換的示例：

2. N-to-1 Interconnect

AXI Interconnect IP的一個(gè)常見退化配置（或者我翻譯為簡(jiǎn)化配置）是多個(gè)主設(shè)備為訪問一個(gè)從設(shè)備(通常是一個(gè)內(nèi)存控制器)進(jìn)行仲裁。在這些情況下，地址解碼邏輯可能是不必要的，并且在AXI Interconnect IP被省略(除非需要地址范圍驗(yàn)證)。在這種配置下，還可以執(zhí)行數(shù)據(jù)寬度和時(shí)鐘速率轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換功能。N-to-1 AXI互聯(lián)示例如下圖所示：

3. 1-to-N Interconnect

AXI Interconnect IP的另一種退化配置（簡(jiǎn)化配置）是當(dāng)一個(gè)主設(shè)備(通常是一個(gè)處理器)訪問多個(gè)內(nèi)存映射的從外圍設(shè)備時(shí)。在這些情況下，仲裁(在地址和寫數(shù)據(jù)路徑)不執(zhí)行。1 - N互聯(lián)示例如下圖所示：

4. N-to-M Interconnect (Sparse Crossbar Mode)

AXI Interconnect的N-to-M用例采用共享地址多數(shù)據(jù)(SAMD)拓?fù)?，稀疏?shù)據(jù)交叉連接，單線程寫和讀地址仲裁，如下圖所示：

下圖展示了稀疏交叉寫和讀數(shù)據(jù)路徑：

根據(jù)配置的稀疏連接映射，并行寫和讀數(shù)據(jù)通道將每個(gè)SI插槽(連接到左邊的AXI主機(jī)上)連接到它可以訪問的所有MI插槽(連接到右邊的AXI從機(jī)上)。當(dāng)多個(gè)源有數(shù)據(jù)要發(fā)送到不同的目的地時(shí)，只要滿足AXI排序規(guī)則，數(shù)據(jù)傳輸就可以獨(dú)立并發(fā)地進(jìn)行。在所有SI槽(如果> 1)中的寫地址通道饋送到一個(gè)中心地址仲裁器，它一次授予對(duì)一個(gè)SI槽的訪問權(quán)，對(duì)于讀地址通道也是如此。

AXI4-Stream Interconnect Core IP介紹

AXI4-Stream Interconnect Core IP(axis_interconnect)將一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream從設(shè)備。AXI4-Stream Interconnect Core IP 僅用于AXI4-Stream 傳輸;AXI4存儲(chǔ)器映射傳輸不適用。

AXI4-Stream Interconnect Core 內(nèi)部框圖

AXI4-Stream Interconnect Core IP由SI、MI和包括它們之間的AXI通道的功能單元組成。

SI接受來(lái)自連接的主設(shè)備的事務(wù)請(qǐng)求。

MI向從設(shè)備發(fā)送事務(wù)。

在中心是交換機(jī)，它仲裁和路由連接到SI和MI的各種設(shè)備之間的通信。

AXI4-Stream Interconnect Core IP還包括位于交換機(jī)和每個(gè)SI和MI接口之間的其他功能單元，可選擇性地執(zhí)行各種轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)功能。該開關(guān)有效地將AXI4-Stream Interconnect Core IP從SI相關(guān)功能單元(SI半球)和MI相關(guān)單元(MI半球)中間分開。這個(gè)架構(gòu)類似于AXI Interconnect IP的架構(gòu)。

AXI4-Stream Interconnect IP使用方式

AXI4-Stream Interconnect IP將一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream從設(shè)備。對(duì)于AXI4-Stream Interconnect IP，主要有兩種使用方式：

流數(shù)據(jù)路由和交換

流多路復(fù)用和去多路復(fù)用

Streaming Data Routing and Switching (Crossbar Mode)流數(shù)據(jù)路由和交換

ax14流互連可以實(shí)現(xiàn)N × M全交叉開關(guān)，如下圖所示。它支持從端仲裁，能夠在N個(gè)主服務(wù)器和M個(gè)從服務(wù)器之間并行數(shù)據(jù)傳輸。解碼器和仲裁者服務(wù)于主從之間的路由數(shù)據(jù)傳輸交互。

Stream Multiplexing and De-multiplexing（流多路復(fù)用和去多路復(fù)用）

你可以在Nx1配置中將AXI4-Stream Interconnect IP配置為一起多路傳輸流，然后配置為1xM來(lái)解多路傳輸流。使用多路復(fù)用和多路復(fù)用解復(fù)用來(lái)創(chuàng)建多通道流，其中較小數(shù)量的導(dǎo)線可以攜帶來(lái)自多個(gè)主從的共享流量。

例如，在下面的圖中，AX14-Stream互連與AXI虛擬FIFO控制器一起用于從多個(gè)端點(diǎn)主從復(fù)用和解復(fù)用多個(gè)流。

Reference

正點(diǎn)原子講解視頻

UG1037

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學(xué)習(xí)內(nèi)容

近期設(shè)計(jì)需要用到AXI總線的IP，所以就對(duì)應(yīng)常用的IP進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明，本文主要對(duì)AXI互聯(lián)IP進(jìn)行介紹。

基礎(chǔ)架構(gòu)IP

基礎(chǔ)的IP是用于幫助組裝系統(tǒng)的構(gòu)建塊。基礎(chǔ)架構(gòu)IP往往是一個(gè)通用IP，它使用通用的AXI4接口在系統(tǒng)中移動(dòng)或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，而不解釋數(shù)據(jù)。

這些基礎(chǔ)的IP各自有自己的常用的功能，下面列舉出一部分AXI接口的基礎(chǔ)構(gòu)架IP。

° AXI Register slices (for pipelining)用于流水線操作。° AXI FIFOs (for buffering/clock conversion)用于緩存和時(shí)鐘轉(zhuǎn)換。° AXI Interconnect IP and AXI SmartConnect IP (for connecting memory-mapped IP together)用于連接存儲(chǔ)器映射的IP互連。° AXI Direct Memory Access (DMA) engines (for memory-mapped to stream conversion)用于存儲(chǔ)器映射和數(shù)據(jù)流接口的轉(zhuǎn)換?！?AXI Performance Monitors and Protocol Checkers (for analysis and debug)用于分析仿真。° AXI Verification IP (for simulation-based verification and performance analysis) 用于仿真驗(yàn)證。

Xilinx AXI SmartConnect IP and AXI Interconnect IP（AXI互聯(lián)IP）介紹

Xilinx AXI Interconnect IP和AXI SmartConnect IP都可以將一個(gè)或多個(gè)AXI存儲(chǔ)器映射的主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器映射的從設(shè)備。而使用AXI SmartConnect IP，更緊密地集成到Vivado設(shè)計(jì)環(huán)境中，用戶以最小的用戶干預(yù)自動(dòng)配置和適應(yīng)已連接的AXI主從IP。AXI互聯(lián)IP（AXI SmartConnect IP and AXI Interconnect IP）可以用于所有的存儲(chǔ)器映射設(shè)計(jì)中。

在某些情況下，對(duì)于高帶寬應(yīng)用程序，使用SmartConnect IP可以提供更好的優(yōu)化。AXI SmartConnect IP通過綜合針對(duì)重要接口進(jìn)行優(yōu)化的低區(qū)域自定義互連，在低延遲下提供最大的系統(tǒng)吞吐量。

AXI Interconnect IP(axi_interconnect)可以將一個(gè)或多個(gè)AXI存儲(chǔ)器映射的主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器映射的從設(shè)備。Interconnect 相對(duì)于SmartConnect IP更符合來(lái)自ARM的AMBA AXI4規(guī)范，包括AXI4-Lite 接口。

AXI Interconnect IP和AXI SmartConnect IP僅用于存儲(chǔ)器映射傳輸。AXI4-Stream傳輸不適用。但可以使用AXI4-Stream Interconnect IP (axis_interconnect)。帶有AXI4-Stream接口的IP通常彼此連接到DMA IP或者AXI4-Stream Interconnect IP上。

綜上：對(duì)于中到高性能設(shè)計(jì)，推薦使用AXI SmartConnect IP，因?yàn)樗诿娣e和時(shí)間上提供了更好的向上擴(kuò)展。對(duì)于低性能(AX14-Lite)或中小型復(fù)雜性設(shè)計(jì)，AXI Interconnect IP可能更有效的面積。

AXI Interconnect IP使用方式

對(duì)于互聯(lián)IP的使用，在xilinx的指導(dǎo)手冊(cè)中提到了下述四種方式。

1. Conversion Only（僅轉(zhuǎn)換操作）

當(dāng)一個(gè)主設(shè)備連接到一個(gè)從設(shè)備時(shí)，AXI Interconnect IP可以執(zhí)行各種轉(zhuǎn)換和流水線功能。這些操作如下述:

數(shù)據(jù)寬度轉(zhuǎn)換

時(shí)鐘速率轉(zhuǎn)換

AXI4-Lite從機(jī)自適配

AXI4-3從機(jī)自適配

流水線，如寄存器或數(shù)據(jù)通道FIFO操作。

在這些情況下，AXI Interconnect IP不包含仲裁、解碼或路由等邏輯?？赡軙?huì)導(dǎo)致延遲，延遲大小取決于正在執(zhí)行的轉(zhuǎn)換類型。

下圖顯示了一個(gè)轉(zhuǎn)換的示例：

2. N-to-1 Interconnect

AXI Interconnect IP的一個(gè)常見退化配置（或者我翻譯為簡(jiǎn)化配置）是多個(gè)主設(shè)備為訪問一個(gè)從設(shè)備(通常是一個(gè)內(nèi)存控制器)進(jìn)行仲裁。在這些情況下，地址解碼邏輯可能是不必要的，并且在AXI Interconnect IP被省略(除非需要地址范圍驗(yàn)證)。在這種配置下，還可以執(zhí)行數(shù)據(jù)寬度和時(shí)鐘速率轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換功能。N-to-1 AXI互聯(lián)示例如下圖所示：

3. 1-to-N Interconnect

AXI Interconnect IP的另一種退化配置（簡(jiǎn)化配置）是當(dāng)一個(gè)主設(shè)備(通常是一個(gè)處理器)訪問多個(gè)內(nèi)存映射的從外圍設(shè)備時(shí)。在這些情況下，仲裁(在地址和寫數(shù)據(jù)路徑)不執(zhí)行。1 - N互聯(lián)示例如下圖所示：

4. N-to-M Interconnect (Sparse Crossbar Mode)

AXI Interconnect的N-to-M用例采用共享地址多數(shù)據(jù)(SAMD)拓?fù)?，稀疏?shù)據(jù)交叉連接，單線程寫和讀地址仲裁，如下圖所示：

下圖展示了稀疏交叉寫和讀數(shù)據(jù)路徑：

根據(jù)配置的稀疏連接映射，并行寫和讀數(shù)據(jù)通道將每個(gè)SI插槽(連接到左邊的AXI主機(jī)上)連接到它可以訪問的所有MI插槽(連接到右邊的AXI從機(jī)上)。當(dāng)多個(gè)源有數(shù)據(jù)要發(fā)送到不同的目的地時(shí)，只要滿足AXI排序規(guī)則，數(shù)據(jù)傳輸就可以獨(dú)立并發(fā)地進(jìn)行。在所有SI槽(如果> 1)中的寫地址通道饋送到一個(gè)中心地址仲裁器，它一次授予對(duì)一個(gè)SI槽的訪問權(quán)，對(duì)于讀地址通道也是如此。

AXI4-Stream Interconnect Core IP介紹

AXI4-Stream Interconnect Core IP(axis_interconnect)將一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream從設(shè)備。AXI4-Stream Interconnect Core IP 僅用于AXI4-Stream 傳輸;AXI4存儲(chǔ)器映射傳輸不適用。

AXI4-Stream Interconnect Core 內(nèi)部框圖

AXI4-Stream Interconnect Core IP由SI、MI和包括它們之間的AXI通道的功能單元組成。

SI接受來(lái)自連接的主設(shè)備的事務(wù)請(qǐng)求。

MI向從設(shè)備發(fā)送事務(wù)。

在中心是交換機(jī)，它仲裁和路由連接到SI和MI的各種設(shè)備之間的通信。

AXI4-Stream Interconnect Core IP還包括位于交換機(jī)和每個(gè)SI和MI接口之間的其他功能單元，可選擇性地執(zhí)行各種轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)功能。該開關(guān)有效地將AXI4-Stream Interconnect Core IP從SI相關(guān)功能單元(SI半球)和MI相關(guān)單元(MI半球)中間分開。這個(gè)架構(gòu)類似于AXI Interconnect IP的架構(gòu)。

AXI4-Stream Interconnect IP使用方式

AXI4-Stream Interconnect IP將一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream主設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)AXI4-Stream從設(shè)備。對(duì)于AXI4-Stream Interconnect IP，主要有兩種使用方式：

流數(shù)據(jù)路由和交換

流多路復(fù)用和去多路復(fù)用

Streaming Data Routing and Switching (Crossbar Mode)流數(shù)據(jù)路由和交換

ax14流互連可以實(shí)現(xiàn)N × M全交叉開關(guān)，如下圖所示。它支持從端仲裁，能夠在N個(gè)主服務(wù)器和M個(gè)從服務(wù)器之間并行數(shù)據(jù)傳輸。解碼器和仲裁者服務(wù)于主從之間的路由數(shù)據(jù)傳輸交互。

Stream Multiplexing and De-multiplexing（流多路復(fù)用和去多路復(fù)用）

你可以在Nx1配置中將AXI4-Stream Interconnect IP配置為一起多路傳輸流，然后配置為1xM來(lái)解多路傳輸流。使用多路復(fù)用和多路復(fù)用解復(fù)用來(lái)創(chuàng)建多通道流，其中較小數(shù)量的導(dǎo)線可以攜帶來(lái)自多個(gè)主從的共享流量。

例如，在下面的圖中，AX14-Stream互連與AXI虛擬FIFO控制器一起用于從多個(gè)端點(diǎn)主從復(fù)用和解復(fù)用多個(gè)流。

編輯：jq