【总线】AXI第十课时：AXI协议的Ordering Model 使用ID tag

大家好,欢迎来到今天的总线学习时间!如果你对电子设计、特别是FPGA和SoC设计感兴趣，那你绝对不能错过我们今天的主角——AXI4总线。作为ARM公司AMBA总线家族中的佼佼者，AXI4以其高性能和高度可扩展性，成为了现代电子系统中不可或缺的通信桥梁。

上课时我们讲了AXI响应信号 (Response Signaling)：RRESP和 BRESP，本课时介绍一下AXI协议的Ordering Model ：AXI协议如何使用事务ID标签来启用乱序事务处理和发出多个未完成事务的能力。。

这里会有一系列的课程，和大家分享AMBA总线家族，欢迎大家一起学习，收藏点赞。

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本章节的内容文字看懂应该没问题，但是理解就难一些了，一般情况下大家使用axi的时候都是使用的现成的程序或IP，只要约定好位宽，连接好信号，不需要大家考虑这些内容。有兴趣的可以了解一下。

概述

本章描述 AXI 协议用事务 ID tags 来处理多地址和乱序传输。

1、五种事务 IDs

（ 1） AWID 这个 ID tag 是写地址群组信号。

（ 2） WID 这个是写 ID tag 在写事务中，与写数据在一起，主机传送一个WID 去匹配与地址相一致的 AWID。

（ 3） BID 这个 ID tag 是写响应事务中。设备会传送 BID 去匹配与 AWID和 WID 相一致的事务。

（ 4） ARID 这个 ID tag 是读地址群组信号。

（ 5） RID 这个 ID tag 是在读事务中。设备传送 RID 去匹配与 ARID 相一致的事务。

2、主机可以使用一个事务的 ARID 或者 AWID 段提供的附加信息排序主机的需要。事务序列规则如下：
（ 1）从不同主机传输的事务没有先后顺序限制。他们可以以任意顺序完成。

（ 2）从同一个主机传输的不同 ID 事务，也没有先后顺序限制。他们可以以任意顺序完成。

（ 3）相同数值的 AWID 写事务数据序列必须按照顺序依次写入主机发送的地址内。

（ 4）相同数值的 ARID 读事务数据序列必须遵循下面的顺序：

◇1 当从相同设备读相同的 ARID 时，设备必须确保读数据按照相同的地址顺序接受。

◇2 当从不同的设备读相同的 ARID 时，接口处必须确保读数据按照主机发送的相同的地址顺序。

（ 5）在相同的 AWID 和 ARID 的读事务和写事务之间没有先后顺序限制。如果主机要求有顺序限制，那么必须确保第一次事务完全完成后才开始执行第二个事务。

3、当一个主机接口与 interconnect 相连时， interconnect 会在信号 ARID、 AWID、WID 段添加一位，每一个主机端口都是独一无二的。这样做有两个影响：

（ 1）主机不需要去知道其他主机的 ID 数值，因为 interconnect 是 ID 值是唯一的，当将主机 number 添加到段中。

（ 2）在设备接口处的 ID 段的宽度要比主机接口处的 ID 段宽。

对于读数据， interconnect 附加一位到 RID 段中，用来判断哪个主机端口读取数据。 Interconnect 会移除 RID 段中的这一位在将 RID 的值送往正确的主机端口之前。

展开说明

10.1 关于排序模型

AXI协议支持乱序事务完成和发出多个未完成事务的能力。这些特性使得实现高性能互连成为可能，最大化了数据吞吐量和系统效率。

ID信号通过使每个端口充当多个有序端口来支持乱序事务。所有具有给定ID的事务必须有序，但对于具有不同ID的事务的排序没有限制。五个事务ID是：

AWID：写地址组信号的ID标签。
WID：写事务的写ID标签。主设备连同写数据一起传输WID，以匹配相应地址的AWID。
BID：写响应的ID标签。从设备传输BID，以匹配它正在响应的事务的AWID和WID。
ARID：读地址组信号的ID标签。
RID：读事务的读ID标签。从设备传输RID，以匹配它正在响应的事务的ARID。

注意：从设备和主设备不必使用这些高级特性。简单的主设备和从设备可以一次处理一个事务，按照它们被发出的顺序。

能够发出多个未完成事务意味着主设备可以在不必等待早期事务完成的情况下发出事务地址。这个特性可以通过使事务并行处理来提高系统性能。

事务乱序完成的能力意味着到更快内存区域的事务可以在不必等待早期事务到较慢内存区域的情况下完成。这个特性也可以通过减少事务延迟的影响来提高系统性能。

注意：事务的重新排序是相对于其他事务的。没有设施可以重新排序突发数据传输内的事务。定义突发的地址和控制信号控制突发内传输的顺序。

10.2 传输ID字段

AXI协议提供了一个ID字段，使主设备能够发出多个独立的事务，每个事务都必须按顺序返回。

主设备可以使用事务的ARID或AWID字段来提供有关主设备的排序要求的额外信息。管理事务排序的规则如下：

不同主设备的事务之间没有排序限制。它们可以以任何顺序完成。
来自同一主设备但具有不同ID值的事务之间没有排序限制。它们可以以任何顺序完成。
具有相同AWID值的一系列写事务的数据必须按照主设备发出地址的顺序完成。
具有相同ARID值的一系列读事务的数据必须按以下顺序返回：
- 当来自同一从设备的读事务具有相同的ARID时，从设备必须确保按接收地址的顺序返回读数据。
- 当来自不同从设备的读事务具有相同的ARID时，互连必须确保按主设备发出地址的顺序返回读数据。
具有相同AWID和ARID的读写事务之间没有排序限制。如果主设备需要排序限制，则必须确保第一个事务在发出第二个事务之前完全完成。