从应用角度详解什么是AXI

本节介绍的axi是个什么东西呢,它其实不属于zynq,不属于xilinx,而是属于arm。它是arm最新的总线接口,以前叫做amba,从3.0以后就称为axi了。
书上讲的axi比较具体,本节呢不打算落入俗套,从应用角度解释axi。如果需要深入研究axi时序,那完全可以从 ?topic=/com.arm.doc.set.amba/ind.。。 下载最权威的规格书,而不是通过别人写的书来获得这些内容(要学习一手材料,不要别人嚼过的)。
zynq是以arm作为核心的,运行时也是第一个“醒”过来,然后找可执行代码,找到后进入fsbl(第一引导阶段),接着找配置逻辑部分的bit文件,找到后就叫醒pl按照bit中的方式运行,再接着找可执行代码,进入ssbl(第二引导阶段),这时就可以初始化操作系统的运行环境,引导像linux这样的大型程序,随后将控制权交给linux。linux运行时可以跟pl进行数据交互。注意了,就在这时候,数据交互的通路,就是我们本节要讲的axi总线。
说白了,axi就是负责arm与fpga之间通信的专用数据通道。
arm内部用硬件实现了axi总线协议,包括9个物理接口,分别为axi-gp0~axi-gp3,axi-hp0~axi-hp3,axi-acp接口。如下图黄圈所示。
可以看到,只有两个axi-gp是master port,即主机接口,其余7个口都是slave port(从机接口)。主机接口具有发起读写的权限,arm可以利用两个axi-gp主机接口主动访问pl逻辑,其实就是把pl映射到某个地址,读写pl寄存器如同在读写自己的存储器。其余从机接口就属于被动接口,接受来自pl的读写,逆来顺受。
这9个axi接口性能也是不同的。gp接口是32位的低性能接口,理论带宽600mb/s,而hp和acp接口为64位高性能接口,理论带宽1200mb/s。
有人会问,为什么高性能接口不做成主机接口呢?这样可以由arm发起高速数据传输。答案是高性能接口根本不需要arm cpu来负责数据搬移,真正的搬运工是位于pl中的dma控制器。
位于ps端的arm直接有硬件支持axi接口,而pl则需要使用逻辑实现相应的axi协议。xilinx提供现成ip如axi-dma,axi-gpio,axi-datamover都实现了相应的接口,使用时直接从xps的ip列表中添加即可实现相应的功能。
有时,用户需要开发自己定义的ip同ps进行通信,这时可以利用xps向导生成对应的ip。xps中用户自定义ip核可以拥有axi-lite,axi4,axi-stream,plb和fsl这些接口。
后两种由于arm这一端不支持,所以不用。
axi-lite具有轻量级,结构简单的特点,适合小批量数据、简单控制场合。不支持批量传输,读写时一次只能读写一个字(32bit)。
axi4接口和axi-lite差不多,只是增加了一项功能就是批量传输,可以连续对一片地址进行一次性读写。
上面两种均采用内存映射控制方式,即arm将用户自定义ip编入某一地址进行访问,读写时就像在读写自己的片内ram,编程也很方便,开发难度较低。代价就是资源占用过多,需要额外的读地址线、写地址线、读数据线、写数据线、写应答线这些信号线。
另外一种axi接口就是axi-stream,这是一种连续流接口,不需要地址线(很像fifo,一直读或一直写就行)。对于这类ip,arm不能通过上面的内存映射方式控制(fifo根本没有地址的概念),必须有一个转换装置,例如axi-dma模块来实现内存映射到流式接口的转换。axi-stream适用的场合有很多:视频流处理;通信协议转换;数字信号处理;无线通信等。其本质都是针对数值流构建的数据通路,从信源(例如arm内存、dma、无线接收前端等)到信宿(例如hdmi显示器、音频输出等)构建起连续的数据流。这种接口适合做实时信号处理。
有了上面的这些官方ip和向导生成的自定义ip,用户其实不需要对axi时序了解太多(除非确实遇到问题),因为xilinx已经将和axi时序有关的细节都封装起来,用户只需要关注自己的逻辑实现即可。

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