從應(yīng)用角度詳解什么是AXI

本節(jié)介紹的AXI是個(gè)什么東西呢，它其實(shí)不屬于Zynq，不屬于Xilinx，而是屬于ARM。它是ARM最新的總線接口，以前叫做AMBA，從3.0以后就稱為AXI了。

書上講的AXI比較具體，本節(jié)呢不打算落入俗套，從應(yīng)用角度解釋AXI。如果需要深入研究AXI時(shí)序，那完全可以從 ？topic=/com.arm.doc.set.amba/ind.。。 下載最權(quán)威的規(guī)格書，而不是通過(guò)別人寫的書來(lái)獲得這些內(nèi)容（要學(xué)習(xí)一手材料，不要?jiǎng)e人嚼過(guò)的）。

Zynq是以ARM作為核心的，運(yùn)行時(shí)也是第一個(gè)“醒”過(guò)來(lái)，然后找可執(zhí)行代碼，找到后進(jìn)入FSBL（第一引導(dǎo)階段），接著找配置邏輯部分的bit文件，找到后就叫醒PL按照bit中的方式運(yùn)行，再接著找可執(zhí)行代碼，進(jìn)入SSBL（第二引導(dǎo)階段），這時(shí)就可以初始化操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，引導(dǎo)像Linux這樣的大型程序，隨后將控制權(quán)交給Linux。Linux運(yùn)行時(shí)可以跟PL進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。注意了，就在這時(shí)候，數(shù)據(jù)交互的通路，就是我們本節(jié)要講的AXI總線。

說(shuō)白了，AXI就是負(fù)責(zé)ARM與FPGA之間通信的專用數(shù)據(jù)通道。

ARM內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)了AXI總線協(xié)議，包括9個(gè)物理接口，分別為AXI-GP0~AXI-GP3，AXI-HP0~AXI-HP3，AXI-ACP接口。如下圖黃圈所示。

可以看到，只有兩個(gè)AXI-GP是Master Port，即主機(jī)接口，其余7個(gè)口都是Slave Port（從機(jī)接口）。主機(jī)接口具有發(fā)起讀寫的權(quán)限，ARM可以利用兩個(gè)AXI-GP主機(jī)接口主動(dòng)訪問(wèn)PL邏輯，其實(shí)就是把PL映射到某個(gè)地址，讀寫PL寄存器如同在讀寫自己的存儲(chǔ)器。其余從機(jī)接口就屬于被動(dòng)接口，接受來(lái)自PL的讀寫，逆來(lái)順受。

這9個(gè)AXI接口性能也是不同的。GP接口是32位的低性能接口，理論帶寬600MB/s，而HP和ACP接口為64位高性能接口，理論帶寬1200MB/s。

有人會(huì)問(wèn)，為什么高性能接口不做成主機(jī)接口呢？這樣可以由ARM發(fā)起高速數(shù)據(jù)傳輸。答案是高性能接口根本不需要ARM CPU來(lái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搬移，真正的搬運(yùn)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則需要使用邏輯實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的AXI協(xié)議。Xilinx提供現(xiàn)成IP如AXI-DMA，AXI-GPIO，AXI-Datamover都實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的接口，使用時(shí)直接從XPS的IP列表中添加即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

有時(shí)，用戶需要開發(fā)自己定義的IP同PS進(jìn)行通信，這時(shí)可以利用XPS向?qū)蓪?duì)應(yīng)的IP。xps中用戶自定義IP核可以擁有AXI-Lite，AXI4，AXI-Stream，PLB和FSL這些接口。

后兩種由于ARM這一端不支持，所以不用。

AXI-Lite具有輕量級(jí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適合小批量數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合。不支持批量傳輸，讀寫時(shí)一次只能讀寫一個(gè)字（32bit）。

AXI4接口和AXI-Lite差不多，只是增加了一項(xiàng)功能就是批量傳輸，可以連續(xù)對(duì)一片地址進(jìn)行一次性讀寫。

上面兩種均采用內(nèi)存映射控制方式，即ARM將用戶自定義IP編入某一地址進(jìn)行訪問(wèn)，讀寫時(shí)就像在讀寫自己的片內(nèi)RAM，編程也很方便，開發(fā)難度較低。代價(jià)就是資源占用過(guò)多，需要額外的讀地址線、寫地址線、讀數(shù)據(jù)線、寫數(shù)據(jù)線、寫應(yīng)答線這些信號(hào)線。

另外一種AXI接口就是AXI-Stream，這是一種連續(xù)流接口，不需要地址線（很像FIFO，一直讀或一直寫就行）。對(duì)于這類IP，ARM不能通過(guò)上面的內(nèi)存映射方式控制（FIFO根本沒有地址的概念），必須有一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，例如AXI-DMA模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射到流式接口的轉(zhuǎn)換。AXI-Stream適用的場(chǎng)合有很多：視頻流處理；通信協(xié)議轉(zhuǎn)換；數(shù)字信號(hào)處理；無(wú)線通信等。其本質(zhì)都是針對(duì)數(shù)值流構(gòu)建的數(shù)據(jù)通路，從信源（例如ARM內(nèi)存、DMA、無(wú)線接收前端等）到信宿（例如HDMI顯示器、音頻輸出等）構(gòu)建起連續(xù)的數(shù)據(jù)流。這種接口適合做實(shí)時(shí)信號(hào)處理。

有了上面的這些官方IP和向?qū)傻淖远xIP，用戶其實(shí)不需要對(duì)AXI時(shí)序了解太多（除非確實(shí)遇到問(wèn)題），因?yàn)閄ilinx已經(jīng)將和AXI時(shí)序有關(guān)的細(xì)節(jié)都封裝起來(lái)，用戶只需要關(guān)注自己的邏輯實(shí)現(xiàn)即可。