AMBA4 AXI 单主机多传输

• 参考
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/149071260

1. 超前传输（outstanding transaction）

• 这篇博客中提到，考虑写数字通道有缓存，所以可以在从机返回写回复信号之前，开启下一次的传输。
• 超前传输就是在当前传输完成前，可以开始发起下一次的传输。如果多个事务可以并行处理，那么可以提高系统的性能。
• AXI的从机可以选择是否支持超前传输。
  • 如不支持，在第一次地址传输握手成功（后面突发传输的控制信息和地址都已经传输给从机了）后，将AxREADY信号拉低，停止第二次的传输的地址信号和控制信号的发送。
  • 直到完成一整个传输之后才可以再次拉高从机的AxREADY信号。
• 超前传输深度
  • 表示主机正在进行中的事务数量N，这个概念的本质是缓存区可以保存第二/三/更多批传输数据。
  • 假设途中有可以支持的最大数量N个传输事务，那么只有其中结束了几个才可以再次发起几个传输。

2. 多事务乱序

• 什么情况下会用到不同ID的传输事务
  • 主机读取DDR时，由于存储性质，读取不同地址所需周期可能很大不同，那么主机在发出多个地址不同的读事务时就可以采用不同的ID，让从机可以乱序响应这些读事务，提高效率。
• outstanding 引入的问题
  • 以读传输为例，假设从机对不同传输事务的准备周期不同，例如对于事务1是2个准备周期（RDATA1），对于事务2不需要准备周期（RDATA2），那么返回给主机的数据RDATA2会在RDATA1前面。
    
  • 此时主机会分辨不清先返回的数据是哪个传输事务的。
• 解决方法
  • 超前传输需要标识数据所属事务。为此，AXI协议设计了ID号，根据发送方区分ID一共有这几种：
    • 主机制定并发送：AWID ARID，标识传输事务。
    • 从机制定并发送：RID BID，标识数据或回复信号。
    • 上面四个信号对应四个通道，对于写数据通道有WID信号，但是该信号只在AXI3中可以用，AXI4中被取消了，具体原因下面有介绍。
• ARID相关判断
  • 对于ARID相同的多个事务，从机需要根据接收事务的顺序，返回其读数据。可以通过一些重排序电路实现。
    • 一种实现方法
      • 具体可以看参考文献中的图片，容易理解。
      • 新建一个缓冲区域A，以传输事务（地址和控制信息）的到达顺序保存；先准备好的数据与缓冲区域中的传输事务地址进行比对，如果相同，那么读数据直接发送给主机，如果不匹配，那么将读数据打入缓冲区域B，先发送与缓冲区域A地址匹配的读数据。
      • 注意这个缓冲区的深度需要在设计时就确定好，AXI协议不支持主机对从机重排序缓冲区深度的调节。
  • 对于ARID不同的事务，可以不用重排序，直接按照数据准备顺序返回，加速传输。
    • 前面介绍读地址和读数据都有自己的ID号：ARID、RID；对应事务两个ID标为相同。
    • 主机接收数据时可以通过RID与ARID进行匹配。
• 实例（ARID 相同、不同都存在）
  
  • 对于ARID不同的支持乱序，对于ID相同的，支持重排序。
  • ARID的缓冲区
    • 为每一个不同的ARID提供了一块缓冲区，该缓冲区中也包含了前面“重排序”介绍的传输事务缓冲区以及传输数据缓冲区。
    • 数据的RID与缓冲区的ARID进行比对，将数据送入相同ID的缓冲区内，再决定是否需要重排序。
    • 具体可以看参考文献中的图片，容易理解。
    • 当ARID数量较多时，硬件开销很大，但是从机支持的ARID不会超过16个。
• 写事务传输 & 读事务传输
  • 写事务没有必要乱序传输，主机（一般为CPU/DMA）可以直接控制写数据和写地址、控制信号。
  • AXI4规定写数据是顺序传输的，不需要WID将写数据与写事务进行匹配。
  • 写事务中存在一个写回复信号，该信号处理方式可以认为与读数据相同，存在AWID和BID进行判断。
  • 协议规定读事务和写事务之间是不存在顺序约束的，但是主机可以额外在发送写事务和读事务时添加顺序约束。

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