Vivado中AXI IP核的创建和读写逻辑分析
总述
本文包含两部分内容：1）AXI接口简介；2）AXI IP核的创建流程及读写逻辑分析。
1 AXI简介（本部分内容参考官网资料翻译）
自定义IP核是Zynq学习与开发中的难点，AXI IP核又是十分常用的自定义IP核，因此掌握AXI IP核的创建流程及通信机制显得尤为重要。要搞懂AXI IP核，就必须先了解AXI接口。先介绍如下：
1） AXI（Advanced eXtensible Interface）协议主要描述了主设备（Master）和从设备（Slave）之间的数据传输方式，主设备和从设备之间通过握手信号建立连接。当主设备的数据准备好时，会发出和维持VALID信号，表示数据有效；当从设备准备好接收数据时，会发出READY信号。数据只有在这两个信号都有效时才开始传输。
2） AXI协议（又称AXI4.0），包括3种接口标准：AXI4、AXI-Stream、AXI-lite。
AXI4：适用于要求数据高速传输的场合。
AXI-Stream：如FIFO，数据传输不需要地址，而是主从设备间直接进行数据的读写，主要用于高速数据传输的场合，如视频、高速AD等。
AXI-lite：可用于单个数据传输，主要用于访问一些低速外设。
3） AXI接口具有5个独立通道：WriteAddress通道、Write Data通道、Write Response通道、Read Address通道、Read Address通道、Read Data通道。
4） 读/写通道并行地进行数据交互，明显提高了数据吞吐量，对写数据，从设备会返回确认信号，这样可以保证写数据通道的安全，读/写模型分别如图1-1、图1-2。
读模型：主设备发送读地址占用信号给从设备→从设备将数据写入主设备，实现读操作。
写模型：主设备发送写地址占用信号给从设备→主设备将数据写入从设备→从设备回复确认收到信号，实现写操作。
5） AXI协议严格来讲是一个点对点的主/从接口协议，当多个外设需要互相交互数据时，我们需要加入一个AXI Interconnect模块，也就是AXI互联矩阵，AXI Interconnect的作用是将一个或多个AXI主设备连接到一个或多个AXI 从设备。
6） AXI Interconnect IP核最多支持16个主设备和16个从设备，如果需要更多的接口可以在设计中加入多个IP核。
7） ZYNQ中的AXI接口包含三个类型，共9个，主要用于PS与PL的互联。
（1）AXI_HP接口（PL模块作为主设备）
包括4个，主要用于PL访问PS上的存储器。每个接口都有两个FIFO缓冲器，一个是读缓冲，一个是写缓冲。
【实例：设计视频处理时，高清的图像可由FPGA直接完成采集、预处理，然后通过AXI_HP接口将数据高速传输至DDR中，供APU（加速处理器）完成进一步的图像处理】
（2）AXI_ACP接口（PS端是从设备端）
只有1个，又叫加速器一致性端口，适合做专用指令加速器模块接口。PL端可直接从PS部分的Cache中拿到CPU的计算结果，同时也可以第一时间将逻辑加速运算的结果送至Cache中，延时很小。
（3）AXI_GP接口（PS端是从设备端）
通用AXI接口，总共有4个。可用于控制电机运转，获取传感器信号等逻辑模块的连接接口。
2 AXI IP核的创建流程及读写逻辑小结
（1）AXI IP核的创建流程（以AXI PWM IP为例）
环境：win 7 +64（i5，4G） Vivado 2014.4+Xilinx SDK2014.4
开发板：zedboard version d xc7z020clg484-1
1） 新建工程→Tools → Create and PackageIP → Next → Create a new AXI4 peripheral → 修改name: axi_pwm（如图1）→ Next → 为用户IP核添加AXI4总线接口的支持（如图2）→ Add IP to the repository →Finish
图 1
图 2
2） 在Flow Navigator中选择 IP Catalog，打开IP管理器，看到刚才添加的axi_pwm_v1.0（如图3）→ 右击axi_pwm_v1.0 → Edit in IPPackager选项，单击OK，此时系统会自动打开另一个Vivado IDE来对用户IP核进行编辑，完成IP核的封装。
图 3
3） 在新打开的VivadoIDE中，在source窗口中双击打开axi_pwm_v1_0.v顶层文件，添加用户自定义端口pwm_out（如图4），并对端口进行例化（如图5）。
图 4
图 5
4） 双击打开axi_pwm_v1_0_S00_AXI.v实例化文件，添加端口声明（如图6），添加用户信号（如图7），添加用户逻辑（如图8）。
图 6
图 7
图 8
5） 切换到Package IP-axi_pwm窗口，点击CustomizationParameters，单击如图9所示链接，对刚才修改过的顶层文件进行更新。
图 9
6） 点击Review and Package →Re-Package IP，至此，AXI PWM IP核设计完成。
（2）读写逻辑小结
a. 输入信号：
Input | Name | Remark |
S_AXI_ACLK | 全局时钟信号 |
|
S_AXI_ARESETN | 全局复位信号 |
|
S_AXI_AWADDR | 写地址信号 | 主机发送，从机接收 |
S_AXI_AWPROT | 写通道保护信号 | 这个信号标志着传输的特权与安全 |
S_AXI_AWVALID | 写地址有效信号 |
|
S_AXI_WDATA | 写数据信号 | 主机发送，从机接收 |
S_AXI_WSTRB | 写选通信号 | 这个信号表示写字节通道保持有效，在每8位的写数据总线上有1位被选通 |
S_AXI_WVALID | 写有效信号 |
|
S_AXI_BREADY | 写答复准备好信号 | 这个信号表示主机可以接收到写答复信号 |
S_AXI_ARADDR | 读地址信号 |
|
S_AXI_ARPROT | 读保护信号 |
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S_AXI_ARVALID | 读地址有效信号 |
|
S_AXI_RREADY | 读准备好信号 | 表示主机可以接收从机发送的数据并且给予答复 |
b. 输出信号：
Output | Name | Remark |
S_AXI_AWREADY | 写地址准备好信号 | 表示主机可以控制写数据总线实现写功能 |
S_AXI_WREADY | 写准备好信号 | 表示从机可以接收主机发送的数据 |
S_AXI_BRESP | 写答复信号 | 标志从机是否接收到主机发送的数据 |
S_AXI_BVALID | 写答复有效信号 | 表示从机接收到主机发送的数据 |
S_AXI_ARREADY | 读地址准备好信号 | 表示主机可以读取数据 |
S_AXI_RDATA | 读数据信号 | 从机发送，主机接收，即写入主机 |
S_AXI_RRESP | 读答复信号 | 表示读数据传输的状态 |
S_AXI_RVALID | 读有效信号 | 表示有效的数据已传输 |
c. 4个从机寄存器（在创建AXI IP时，可以自己设定个数，如图2）
slv_reg0； slv_reg1； slv_reg2; slv_reg3；
d. 读写逻辑示意
写：//写准备好信号——写准备好地址总线被占用——写地址通道有效——写地址选择——写数据传输——写应答回复
读：//读地址准备好——读总线被占用——读地址有效信号产生——读数据总线有效——读数据有效——读地址有效——主机寄存器读取数据
注：写的比较片面，期待大家的意见及补充。
