AXI（Advanced eXtensible Interface）是一種總線協(xié)議，該協(xié)議的第一個版本AXI3是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0協(xié)議中最重要的部分。2010發(fā)布的AMBA4.0包含了AXI的第二個版本AXI4。
AXI4總線分為主、從兩端，兩者間可以連續(xù)的進(jìn)行通信，AXI4總線采用READY、VALID握手通信機制，主設(shè)備收到從設(shè)備發(fā)送的READY，主設(shè)備將數(shù)據(jù)和VALID信號同時發(fā)給從設(shè)備。1）、AXI4：主要面向高性能地址映射通信的需求；2）、AXI4-Lite：是一個輕量級的，適用于吞吐量較小的地址映射通信總線，占用較少的邏輯資源，AXI4-Lite所有的猝發(fā)長度為1，數(shù)據(jù)總線寬度為32位或64位；
3）、AXI4-Stream：面向高速流數(shù)據(jù)傳輸，AXI4-Stream數(shù)據(jù)總線寬度為8、16、32、64、128、256、512和1024位，去掉了地址傳輸?shù)墓δ?，允許無限制的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸，無需考慮地址映射。
AXI總線分為五個通道：

• 讀地址通道，包含ARVALID，ARADDR，ARREADY信號；
• 寫地址通道，包含AWVALID，AWADDR，AWREADY信號；
• 讀數(shù)據(jù)通道，包含RVALID，RDATA，RREADY，RRESP信號；
• 寫數(shù)據(jù)通道，包含WVALID，WDATA，WSTRB，WREADY信號；
• 寫應(yīng)答通道，包含BVALID，BRESP，BREADY信號；

數(shù)據(jù)可以在主從設(shè)備間同步的雙向傳輸，并且數(shù)據(jù)傳輸大小可以改變。AXI4將數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐话l(fā)長度限制為最大256，AXI4-Lite每次傳輸僅傳輸一個數(shù)據(jù)。如圖1所示，AXI4協(xié)議主從設(shè)備間的讀操作使用獨立的讀地址和讀數(shù)據(jù)通道，只需要一個地址就可以執(zhí)行最大為256的突發(fā)長度的讀操作。

圖1 讀操作的通道結(jié)構(gòu)如圖2所示，AXI4協(xié)議主從設(shè)備間的寫操作使用寫地址、寫數(shù)據(jù)和寫響應(yīng)通道只需要一個地址就可以執(zhí)行最大為256的突發(fā)長度的寫操作。

圖2寫操作的通道結(jié)構(gòu)AXI4-Lite接口和AXI4接口類似，但是不支持AXI4的突發(fā)傳輸模式，AXI4-Stream接口僅使用數(shù)據(jù)通道傳輸數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)突發(fā)長度無限。
AXI4和AXI4-Lite接口信號1）全局信號

信號名	AXI4	AXI4-Lite
ACLK	全局時鐘
ARESETN	全局復(fù)位，低有效

2）寫地址通道信號

信號名	源	AXI4	AXI4-Lite
AWID	主	寫地址ID。這個信號用于寫地址信號組的標(biāo)記	不支持
AWADDR	主	寫地址。寫地址給出突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€傳輸?shù)刂?/span>
AWLEN	主	突發(fā)長度。給出突發(fā)傳輸中準(zhǔn)確的傳輸個數(shù)。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
AWSIZE	主	突發(fā)大小。這個信號用于確定突發(fā)傳輸中每個傳輸?shù)拇笮　?/span>	不支持
AWBURST	主	突發(fā)類型。該消息與突發(fā)大小消息一致，表示在突發(fā)過程中，地址如何應(yīng)用于每個傳輸。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
AWLOCK	主	鎖類型。該信號提供了關(guān)于傳輸原子特性的額外信息	不支持
AWCACHE	主	緩存類型，建議值為0011。
AWPROT	主	保護(hù)類型，建議值為000。
AWQOS	主	QoS標(biāo)識符，Xilinx AXI4 不支持。	不支持
AWREGION	主	用于每個寫操作的地址通道上的域標(biāo)識符。	不支持
AWUSER	主	Xilinx不支持	不支持
AWVALID	主	寫地址有效信號。為高指示地址有效。
AWREADY	從	寫地址準(zhǔn)備信號。為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收；為低表示從設(shè)備忙。

3）寫數(shù)據(jù)通道信號

信號名	源	AXI4	AXI4-Lite
WDATA	主	寫數(shù)據(jù)，32位到1024位寬。	只支持32位寬
WSTRB	主	寫字節(jié)選通，用于表示更新存儲器的字節(jié)通道，對于數(shù)據(jù)總線的每8位數(shù)據(jù)有一位寫選通信號。	從設(shè)備端可選擇忽略
WLAST	主	寫最后一個數(shù)據(jù)指示信號。表示突發(fā)傳輸中的最后一個數(shù)據(jù)。	不支持
WUSER	主	Xilinx AXI4不支持	不支持
WVALID	主	寫有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
WREADY	從	寫準(zhǔn)備。為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示從設(shè)備忙。

4）寫響應(yīng)通道

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
BID	從	響應(yīng)ID。寫響應(yīng)識別標(biāo)記，BID值必須匹配AWID值	不支持
BRESP	從	寫響應(yīng)。該信號表示寫狀態(tài)，可允許相應(yīng)的表示為OKAY/EXOKAY/SLVERR/DECERR。	EXOKAY狀態(tài)不支持
BUSER	從	Xilinx AXI4不支持。	不支持
BVALID	從	寫響應(yīng)有效。為高指示響應(yīng)數(shù)據(jù)有效。
BREADY	主	寫響應(yīng)準(zhǔn)備。為高表示主設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示主設(shè)備忙。

5）讀地址通道

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
ARID	主	讀地址ID。這個信號用于讀地址信號組的標(biāo)記。	不支持
ARADDR	主	讀地址。讀地址給出突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€傳輸?shù)刂贰?br />
ARLEN	主	突發(fā)長度。給出突發(fā)傳輸中準(zhǔn)確的傳輸個數(shù)。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
ARSIZE	主	突發(fā)大小。這個信息用于確定突發(fā)傳輸中每個傳輸?shù)拇笮　?br />	不支持
ARBURST	主	突發(fā)類型。該信息與突發(fā)大小信息一起，表示在突發(fā)過程中，地址如何應(yīng)用于每個傳輸。支持INCR和WRAP傳輸模式。	不支持
ARLOCK	主	鎖類型。該信號提供了關(guān)于傳輸原子特性的額外信息。	不支持
ARCACHE	主	緩存類型，建議值為0011。
ARPROT	主	保護(hù)類型，建議值為000。
ARQOS	主	QoS標(biāo)識符，Xilinx AXI4不支持。	不支持
ARREGION	主	用于每個讀操作的地址通道上的域標(biāo)識符。	不支持
ARUSER	主	Xilinx AXI4 不支持。	不支持
ARVALID	主	讀地址有效信號。為高指示地址有效。
ARREADY	從	讀地址準(zhǔn)備信號。為為高表示從設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示從設(shè)備忙。

6）讀數(shù)據(jù)通道

信號名	源	AXI4	AXI-Lite
RID	從	讀ID標(biāo)記，該信號是讀數(shù)據(jù)信號組標(biāo)記，由從設(shè)備產(chǎn)生RID，RID必須和讀交易中的ARID匹配。	不支持
RDATA	從	讀數(shù)據(jù)。32位到1024位寬。	只支持32位寬
RRESP	從	讀響應(yīng)。該信號表示讀狀態(tài)，可允許相應(yīng)的表示為OKAY/EXOKAY/SLVERR/DECERR。	EXOKAY狀態(tài)不支持
RLAST	從	讀最后一個數(shù)據(jù)指示信號。表示突發(fā)傳輸中的最后一個數(shù)據(jù)。	不支持
RUSER	從	Xilinx AXI4不支持。	不支持
RVALID	從	讀有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
RRADY	主	讀準(zhǔn)備。為高表示主設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示主設(shè)備忙。

7）AXI4-Stream信號

信號名	源	默認(rèn)值	功能
TVALID	No	N/A	Stream讀寫數(shù)據(jù)有效。為高指示數(shù)據(jù)有效。
TREADY	Yes	1	Stream讀寫準(zhǔn)備。為高表示對端設(shè)備空閑，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；為低表示對端設(shè)備忙。
TDATA	Yes	0	Stream讀寫數(shù)據(jù)，8到4096位寬。
TSTRB	Yes	同TKEEP，否則為1	字節(jié)選通信號。用于表示更新存儲器的字節(jié)通道，對于數(shù)據(jù)總線的每8位數(shù)據(jù)有一位選通信號。
TKEEP	Yes	1	字節(jié)選通信號。TKEEP未被確認(rèn)的那些相關(guān)的字節(jié)是空字節(jié)，可以從數(shù)據(jù)流中去除。
TLAST	Yes	0	表明包的邊界。
TID	Yes	0	數(shù)據(jù)流表示符。
TDEST	Yes	0	數(shù)據(jù)流路由信息。
TUSER	Yes	0	用戶定義的邊帶信息，這些信息能伴隨數(shù)據(jù)流進(jìn)行發(fā)送。

主機/設(shè)備之間的握手過程以及READY和VALID握手信號的關(guān)系以及默認(rèn)值。

1、全部5個通道使用相同的VALID/READY握手機制傳輸數(shù)據(jù)及控制信息。傳輸源產(chǎn)生VALID信號來指明何時數(shù)據(jù)或控制信息有效。而目的源產(chǎn)生READY信號來指明已經(jīng)準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)或控制信息。傳輸發(fā)生在VALID和READY信號同時為高的時候。VALID和READY信號的出現(xiàn)有三種關(guān)系。

（1）VALID先變高READY后變高。時序圖如下：

figure 3  VALID before READY handshake在箭頭處信息傳輸發(fā)生。
（2）READY先變高VALID后變高。時序圖如下：

figure 4 READY before VALID handshake
同樣在箭頭處信息傳輸發(fā)生。
（3）VALID和READY信號同時變高。時序圖如下：

figure 5 VALID with READY handshake
在這種情況下，信息傳輸立馬發(fā)生，如圖箭頭處指明信息傳輸發(fā)生。

2、通道之間的關(guān)系

地址、讀、寫和寫響應(yīng)通道之間的關(guān)系是靈活的。

例如，寫數(shù)據(jù)可以出現(xiàn)在接口上早于與相關(guān)聯(lián)的寫地址，也有可能寫數(shù)據(jù)與寫地址在一個周期中出現(xiàn)。

兩種關(guān)系必須被保持：

（1）讀數(shù)據(jù)必須總是跟在與其數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的地址之后。

（2）寫響應(yīng)必須總是跟在與其相關(guān)聯(lián)的寫事務(wù)的最后出現(xiàn)。

3、通道握手信號之間的依賴性
讀事務(wù)握手依賴關(guān)系如圖：

figure 6 READ transaction handshake dependencies

（1）設(shè)備可以在ARVALID出現(xiàn)的時候在給出ARREADY信號，也可以先給出ARREADY信號，再等待ARVALID信號。

（2）但是設(shè)備必須等待ARVALID和ARREADY信號都有效才能給出RVALID信號，開始數(shù)據(jù)傳輸。

寫事務(wù)握手依賴關(guān)系如圖：

figure 7 Write transaction handshake dependencies

（1）主機必須不能夠等待設(shè)備先給出AWREADY或WREADY信號后再給出信號AWVALID或WVALID。

（2）設(shè)備可以等待信號AWVALID或WVALID信號有效或者兩個都有效之后再給出AWREADY信號。

（3）設(shè)備可以等待AWVALID或WVALID信號有效或者兩個都有效之后再給出WREADY信號。