【AMBA】AXI总线中的AXLEN、AXSIZE、AXBURST和4K边界

文章目录

- AXI传输层级概念
- AXLEN[7:0]定义突发传输长度
- AXSIZE[2:0]定义突发传输transfer的位宽
- AXBURST[1:0]定义突发传输类型
- 4K边界

AXI传输层级概念

在手册的术语表中，与 AXI 传输相关的有三个概念，分别是 transfer(beat)、burst、transaction。用一句话串联就是：

在 AXI 传输事务（Transaction）中，数据以突发传输（Burst）的形式组织。一次突发传输中可以包含一至多个数据（Transfer）。每个 transfer 因为使用一个周期，又被称为一拍数据（Beat）。
再展开一层，两个 AXI 组件为了传输一组数据而进行的所有交互称为 AXI Transaction，AXI 传输事务（所以会有写事务和读事务），包括所有 5 个通道上的交互。

AXI传输事务Transaction
- AXI突发 Burst
  - AXI传输 Transfer / Beat（使用一个周期）

AXI 是一个 burst-based 协议，AXI 传输事务中的数据传输以 burst 形式组织，称为 AXI Burst。每个传输事务包括一至多个 Burst。每个 Burst 中传输一至多个数据，每个数据传输称为 AXI Transfer。双方握手信号就绪后，每个周期完成一次数据传输，因此 AXI Transfer 又被称为 AXI beat，一拍数据。不严谨地说

AXI Transaction =M*AXI Burst ,M >= 1
AXI Burst = N * AXI Transfer（AXI beat） ,N >= 1

和上述概念相关的信号是AXLEN、AXSIZE、AXBURST。这三个信号均由主设备发出。

AXLEN[7:0]定义突发传输长度

表示一次突发传输(Burst)中包含的数据传输(transfer)数量。

协议中的 AxLen 信号从零开始表示，实际的长度值为 AxLen + 1。

突发传输长度在不同的模式（burst type ，将在后文中讨论）下有一些限制，包括：

对于 WRAP 模式，突发传输长度仅能为2,4,8,16
在一次突发传输中，地址不能跨越一个 4KB 分区
一次突发传输不能在完成所有数据传输前提前结束（early termination）

协议中多次强调，通信双方都不能在传输事务的所有 Transfer 完成前提前结束。哪怕发生错误，也得含泪走完整个传输事务的流程。

但是主机也有办法减少传输的数据。在写传输事务中，发送方可以通过置低所有的写有效位，使写数据无效。在读传输事务中，主机可以直接丢弃读取到的数据。

AXSIZE[2:0]定义突发传输transfer的位宽

表示每个周期传输数据的字节数/每拍传的数据位宽
在这里插入图片描述
每拍传的数据位宽 = 2 ^AXSIZE

AXBURST[1:0]定义突发传输类型

在这里插入图片描述
FIXED 类型中， burst 中所有数据都使用起始地址。该模式适合对某个固定地址进行多次数据更新，比如读写一个 fifo 时，读写地址就是固定的。

INCR 类型最为常用，后续数据的地址在初始地址的基础上进行递增，递增幅度与传输宽度相同。适合对于 RAM 等通过地址映射（mapped memory）的存储介质进行读写操作。

WRAP 类型比较特殊，首先根据起始地址得到绕回边界地址（wrap boundary）与最高地址。当前地址小于最高地址时，WRAP 与 INCR 类型完全相同，地址递增。但到递增后的地址到达最高地址后，地址直接回到绕回边界地址，再进行递增，就这样循环往复(通常用在cache的访问中)。最高地址由绕回边界地址计算得到：wrap boundary + （N_bytes x burst_len）

Wrap突发传输不支持AXI非对齐传输。

Wrap的特点：

起始地址必须与数据总大小对齐
突发传输长度仅能为2,4,8,16

数据总大小：一次突发中传输的数据总量 = 传输次数(AXLEN) * 单次传输大小(AXSIZE)
对齐：起始地址是数据总大小的整数倍

4K边界

要求一次AXI突发（Burst）传输不能跨越4K字节的地址边界，“4K边界”对应的是 低12bit为0的地址，例如32’h00001000, 32’h00002000…

4K对齐最大原因是系统中定义一个标准页大小是4K字节。这是因为许多系统中，物理内存被划分为4K字节大小的页。

如果一个突发跨越了4K边界，即从一个4K页面的末尾跳转到另一个页面的开始，那么它可能会尝试同时访问两个不同的slave设备，这会导致协议冲突和数据不一致性。（假如一个burst交易访问了两个slave A 和B（A在前B在后），那么只有A收到了地址和控制信息，而B不会收到地址和控制信息，因此只有A响应B并无响应，这就会导致此笔burst交易无法完成（B无法返回最后一笔transfer）。）

以32位地址为例，[31:12]相等的地址都是同一个page，没有跨4K边界。即[11:0] 可以为0~0xFFF. 例如0x1000和0x2000就是在不同的page，跨了4K边界。0x1000和0x1FFF则是在同一个page，没有跨4K边界。同理，0x1FFF和0x2000则跨了4K边界，虽然他们是相邻的byte。再说到一次burst没有4K大小，但是如果起始地址是0x1FFC, INCR模式，也会出现跨边界的情况。