基于AMBA 3 AXI协议的规划方案

要想正确领会工程师在基于AMBA 3 AXI协议的设计中所面临的设计挑战复杂性，必须首先了解AMBA 3 AXI协议自身的技术特点。AMBA 3 AXI协议由30多家公司协作开发，用于满足下一代设计的需要。AMBA 3 AXI协议定义了一个单向的通道架构，能够有效地使用寄存器分段实现更高速度的管道连接。凭借对多事务处理和乱序事务处理的支持，再加上对读、写和地址/ 控制通道的有效利用，它能使系统获得更高的性能和效率，系统性能仅受限于其外围设备的自身性能。

AMBA 3 AXI协议：

通道能力

通道概念的引入使AMBA 3 AXI架构与以前的AMBA协议有很大的不同。5个独立通道的每一个都由一组信息信号组成，并使用双向VALID和READY握手机制。信息源使用 VALID信号表明通道上的数据和控制信息何时有效，目的端使用READY信号表明何时能够接收数据。读数据通道和写数据通道都包含一个LAST信号，以显示事务处理中最后一个数据项的传递何时发生。每一个读事物处理和写事物处理都有自己的地址通道，地址通道中包含了事物处理所需的所有地址和控制信息。读数据通道传送读数据和任何由从设备返回到主设备的读响应信息，其数据总线宽度可以是8位~1024位，读响应信息表明读事物处理的完成状态。写数据通道传送主设备到从设备的写数据，其数据总线宽度可以是8位~1024位。写数据通道还包括1个字节的狭窄通道，对每8个数据位进行过滤，表明数据总线上哪些字节是有效的。对独立数据传送的支持使总线得到了更有效的使用，能获得更高的性能、更低的时延和增强的带宽操作。

针对AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解决方案

基于AMBA 3 AXI协议的复杂性，设计和验证一个基于该标准的子系统变成一项主要工作，并需要大量的专门技术。通过提供给工程师公共的设计和验证IP模块，实现从模块级到子系统级的快速实现和确认，针对AMBA 3 AXI的DesignWare IP 解决方案使设计变得轻松。另外，coreAssembler 工具可实现子系统的自动装配，并自动产生测试平台架构。当使用DesignWare IP 解决方案时，设计者能够快速装配、综合和验证基于AMBA 3 AXI的设计。

DesignWare综合IP

DesignWare的综合IP是三部分解决方案中的第一部分，它实现了基于AMBA 3 AXI协议的高带宽、低时延和高性能设计的快速应用。综合IP包括3个关键的组件：互连总线结构、AXI到AHB子桥、主/从通用接口模块。这些组件是任何SoC新设计的基本构造模块，并能使设计者轻松实现基于AMBA 3 AXI协议的体系架构。这些IP组件也有助于将现有IP和特定应用模块转换至AMBA 3 AXI架构，因此确保了更高的资源重用性。

DesignWare互连架构(DW_axi)是基于AMBA 3 AXI 协议设计中标准互连架构的最佳解决方案。DW_axi的配置灵活性提供给工程师一组功能集合，以满足他们具有优先级的设计需求。DW_axi是一个 AMBA 3 AXI协议的RTL互连实现，在那里不同的主、从设备之间会发生同时的数据传输。组件可以被配置成支持高达16个主设备和从设备，它们都支持所有指定了地址和数据宽度的协议。DW_axi基于一个多地址、多数据的总线架构，并带有一个可选的内建系统解码器。每一个事物处理在地址通道上都有地址和控制信息，以描述数据被传送的特性。数据在主设备和从设备之间传送，可通过写数据通道传送至从设备，或通过读数据通道传送至主设备。在写事物处理中，AMBA 3 AXI协议有一个额外的写响应通道，允许从设备给主设备发信号表明写事物处理已完成。这种多层互连的体系结构允许在所有5个AMBA 3 AXI通道的不同主、从设备对之间进行并行数据传输。因此，系统带宽不受DW_axi的限制，而是受限于外部的主、从设备。

除了提供组合的内建地址和数据通道控制外，DW_axi通过提供内部和外部的流水线操作功能，即所谓的寄存器分段，还实现了增强和优化的工作频率、带宽和性能。可配置的内部和外部寄存器分段能被应用到全路径或只是前向控制路径的单独通道，提供对定时选择的最大灵活性，并产生最佳的性能。为了优化 DW_axi以达到最佳的性能同时还保证最小的面积，DW_axi中包括了从设备可见功能，当不是所有的子设备对所有主设备都可见的时候予以使用。它定制了正常模式和启动模式下主设备访问每一个子设备的可见性，从而减少了仲裁逻辑的复杂性，能够用最少的逻辑达到最佳的性能。

图1 使用DesignWare验证IP创建一个子系统验证环境

为了实现AMBA 3 AXI协议与现有AMBA 2.0技术的互操作能力，DesignWare IP 解决方案包括一个AMBA 3 AXI到AMBA 2.0 AHB 的桥接(DW_axi_x2h)。DW_axi_x2h可支持同基于AMBA 2.0 AHB子系统的连接，提供对现有基于AHB子系统的可重用支持。 在Lite模式下，独立的从设备组件能够直接连接到基于AMBA 3 AXI协议的总线上。这种互操作能力的优势是，工程师可以访问大量针对AMBA 2.0 AHB和APB 协议、已经过硅验证的现有DesignWare综合和验证IP 。这增加了模块重用的机会，使工程师可以效力于开发具有差异性的新型子系统，而不必在创建和确认普通子系统上花费过多时间。DesignWare综合IP 解决方案还包括其它普通的基于AMBA 2.0 的设计模块，比如AHB总线架构、DW_ahb、APB桥、APB结构、DW-apb，以及很多外围模块如DMA、内存控制器、I2C、SSI、GPIO 、RTC 、定时器和中断控制器。