FPGA研发之道—总线

　　由于支持多个主设备和多个从设备进行交互，那么对于多个主设备之间就存在竞争。(从设备之间存在竞争否?从设备之间是通过地址区分的，被动接受主设备的访问，不会存储竞争的问题。)因此如何解决竞争，那就需要仲裁，即主设备谁需要访问总线，则发起HBUSREQ，而仲裁器收到HBUSREQ，返回给相应主设备HGRANT。此时该设备才能访问总线。除此之外AHB还有其他一些信号，用于辅助整个系统的传输，感兴趣的同志，可以看一下AMBA的总线规范。值得一提的是，作为一个总线规范，其提供了全集的解决方案，而作为实现部分，只需要在满足规范的前提下，实现必要的功能即可，例如AHB总线中规定，其突发最大可1K字节，但是作为一个从设备，不一定需要支持这么大的操作，即实现功能可在总线框架内进行裁剪，选择实现支持的类型即可。

　　在FPGA内部设计中，经常有多个主设备访问同一从设备的例子，例如内部多个模块都需要访问外部存储器，其实现方式有多种，通过AHB的连接架构，可以实现一个标准、可扩展的接口单元，用于访问外部存储器。并且可以作为IP使用。AHB从设备只需要根据需要，支持某些burst传输即可。

　　随着SOC(片上系统的发展)，对于高带宽、低延时的总线需求更加迫切，ARM公司适时退出AXI(AMBA3.0)作为扩展。

　　上图分别是AXI接口的读写操作，分别可以看出，对于AXI总线来说，其有5组独立的总线，分别是写地址，写数据，写响应，读地址，读数据信号。地址和数据信号分开，每组都有自己的控制信号。

　　每个通道中间没有时序关联，如何进行操作的?举例来说明，例如读数据操作，实际上，主设备向从设备中写了一个读的命令，包括读地址，burst大小，方式等。收到后从设备按照相应的命令读取相应大小的数据，传回主设备，其操作可以简化的看做两个缓冲区类型的操作，主设备将读命令写入从设备的命令缓冲区，从设备取出后，根据命令将相应的数据返回给主设备的接收缓冲区中。这种操作的好处显而易见，能够最大限度的减少总线的开销，因此其读与读操作之间独立，不用等待读回，就可以发送下一次的读信号。写操作的流程亦然。

　　对FPGA设计来说，例如xilinx的接口IP(DDR例化时的接口)，都已支持AXI的接口。FPGA工程师熟悉相应的总线接口信号和特点，对于技术方案选择，IP使用和验证，都是非常重要的。尽量在设计中选择标准总线接口，对于设计复用，模块共享来说，则是必由之路。而模块(IP)复用的益处随着设计不断增大将会不断显现。