AXI4协议
参考资料：
1、arm axi官方文档：https://developer.arm.com/documentation/ihi0022/latest?_ga=2.145967412.1021591712.1586156324-1048184626.1580228297
<IHI0022C_amba_axi_v2_0_protocol_spec.pdf>、<IHI0022H_c_amba_axi_protocol_spec.pdf>
<IHI0051A_amba4_axi4_stream_v1_0_protocol_spec.pdf>2、xilinx axi文档：UG1037<Vivado AXI Reference>、UG934<AXI4-Stream Video IP and System Design Guide>
一、AXI4总线简介
AXI是高性能、高带宽、低延迟的片内总线。AXI总线是在AMBA3.0的协议中增加的，AMBA是由ARM公司研发推出的一种高级微控制器总线架构(Advanced Microcontroller Bus Architecture)。其中AMBA包含了四种不同的总线标准，分别是：AHB、ASB、APB、AXI。AHB是高级高性能总线，通常用于CPU和高性能设备之间的交互ASB常用于高性能系统模块间的交互，APB是高级外设总线，通常和AHB相连接，来访问一些低速的外设。如STM32中就AHB、ASB、APB总线。有下图展示了一个典型的基于AMBA的微控制器架构。
AXI4总线分为三种：
• AXI4: 高性能内存映射总线，最大支持突发256个事务。
• AXI4-Lite:AXI4-Lite接口是AXI4接口的简化版本，最大支持突发1个数据。常常用于cpu和外设直接的通讯。如cpu读写如UART、GPIO外设的寄存器。
• AXI4-Stream: 用来传输大量数据流且无需做地址映射的的需求，如视频
AXI接口具有5个独立通道：读地址通道、读数据通道、写地址通道、写数据通道、写响应通道。
图2.1和图2.2展示了axi总线的读写事务：
图1.1 axi总线读事务
图1.2 axi总线写事务
二、AXI4总线接口信号及时序
2.1 AXI总线接口定义
AXI总线的写地址信号以AW开头，写数据通道以W开头，写响应通道以B开头，读地址通道以AR开头，读数据通道以R开头。
表2.1 写地址通道信号
表2.2 写数据通道信号
表2.2 写响应通道信号
表2.4 读地址通道信号
表2.5 读数据通道信号
2.2 握手协议
axi主从机之间在正式传输数据之前需要进行握手，axi的握手是通过VALID和READY信号完成的，每个通道都有这两个信号。VALID信号由传输发起方产生，表示传输发起方已经准备好数据，可以开始传输。READY信号有传输的接受放产生，表示接受方已经准备好接受数据，只有VALID和READY信号都为高电平时，才能进行数据传输。握手情况分为三种，分别是VALID先高然后READY变高、READY先高然后VALID变高、READY和VALID同时变高。如下图所示：
图2.1 VALID先高然后READY变高
图2.2 READY先高然后VALID变高
图2.3 READY和VALID同时变高
2.3 读/写地址信号
1、突发长度
ARLEN 和 AWLEN分别是读地址通道和写地址通道的突发长度，表示读事务和写事务传输总共有多少个传输事务。axi4这两个信号有8位，可见一次最大读写事务的数据大小是256事务。
ARLEN[7:0]： 读事务的事务个数
AWLEN[7:0]： 写事务的事务个数
2、突发大小
ARSIZE 和AWSIZE分别是读地址通道和写地址通道的突发大小，表示读事务和写事务一次传输数据的大小，单位是字节，见表2.6所示
ARSIZE[2:0]：读事务单位传输数据大小
AWSIZE[2:0]：写事务单位传输数据大小
表2.4突发大小
如图2.4一次传输4byte，总共有5个事务，则突发大小为4，突发长度为5.
图 2.4 突发长度和大小
3、突发类型
ARBURST和AWBURST分别是读地址通道和写地址通道的突发类型，表示读事务和写事务的类型。axi协议有3中突发类型，如表2.7所示
表2.5 突发类型
FIXED：固定突发类型，表示主机对从机的读写地址是固定的。
NNCR：自增突发类型，主机给从机一个读写的首地址，从机根据首地址和突发大小自动增加。
WRAP：回环突发类型，这种类型与自增突发类型相似，不一样的是回环突发类型在地址自增到一个上线地址后，会回到低地地址重新开始。
4、读/写响应
AXI的写响应是个单独的通道，读响应包含在读数据通道中。RRESP 和 BRESP信号是读写响应的主要信号，表示读写响应的状态。如表2.6所示：
OKAY：正常访问成功
EXOKAY：独占访问成功
SLAVERR：从设备给主设备返回的错误信号
DECERR： 解码错误，在axi互联系统中，通常是主机反问了一个不存在的从设备地址
2.4、AXI4读写时序
axi总线主机和从机基本的读写时序如下图所示：
图2.5 读数据时序
图2.6 写数据时序
三、AXI4-Stream接口信号及时序
3.1 AXI4-Stream接口信号定义
图3.1 AXI4-Stream接口信号定义
3.2 AXI4-Stream握手协议
AXI4-Stream握手协议与AXI4的握手协议一致
3.3 AXI4-Stream信号时序
下面以xilinx的AXI4-Stream接口传输视频流为例说明AXI4-Stream接口时序。xilinx的AXI4-Stream主从机接口如图3.2和图3.3所示，图中并没有给出全部接口说明。
图 2.3 从机接口
图2.4 主机接口
从图中可以看出，AXI4-Stream的TUSER和TLAST接口在xilinx中定义为视频帧的开始信号和视频行的结束信号。如图2.5所示：
图2.5 EOL信号与SOF信号
传输YUV420，每个时钟传输两个像素实现如图2.6所示：
图2.6 YUV420，每个时钟两个像素
