avalon总线介绍.pdf-资料库

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精益求精之 Avalon 大家一定发现了，SOPC builder 下面的模块很有限。事实上，作为一个公司也不可能满足全世界的需求。所以在做一些系统设计的时候，不得不做一些新的模块（Component）。而做这些模块的关键在于两方面，首先当然是模块本身的功能，另外的就是模块的接口。功能要靠大家自己努力，谁都帮不了你。但是对接口我们可以稍微看一下。对接口的熟悉，对于模块设计可以说是至关重要的。选择什么样的接口，如何选择。所以我们反而对 Avalon 接口需要花更多的精力，并且是值得的。 Avalon 接口分成两种，一种是 Avalon-MM 接口，偶然我们会叫他美眉接口。另一种是 Avalon-ST 接口，因为出来的时间还不够长，暂时没啥绰号。MM 接口，是通过地址来读写数据，更多的是用在控制逻辑上面。ST 接口是用于点到点的流数据接口，更多的可以用在有高速通过率的模块中间。这两个接口本身并没有矛盾，不是说势不两立的，一个模块中既可以有 MM 接口，甚至几个 MM 接口，也可以同时存在 ST 接口。作为一个点对点的接口定义，Avalon 可以做到高效的接口效果。这与 PCI 之类的总线接口是有本质区别的。PCI 总线可以看作是铁路轨道，当一个火车在轨道上行驶的时候，就不可以有另一个火车同时使用轨道，否则就见鬼了。Avalon 接口更多好像高速公路，你开一个车从你家到别人家里。另一个人可以从他家到另外一个人家里。并不是说，你用了高速公路，就不允许别人用了，除非你是什么国家总统。所以这种接口方式，不会因为总线被占据而延误传输时间。当然，如果当你和另一个人都需要去同一个人家里的时候，你就需要做一些仲裁了，否则，就要撞车。 Avalon-MM 篇美眉-从端口美眉接口分为主接口和从接口。无论是读写的操作，都是由主接口发出的指令，然后从接口被动的接受操作。这蛮容易理解的，在美眉面前，美眉就是主接口，追美眉的那个傻老爷们就是从接口。所以我们先介绍一下这个傻老爷们-从接口。信号输入/输出位宽描述读写操作的地址字节有效信号 Address Byteenable/Byteenable_n In In Read / Read_n Readdata Write/write_n Writedata In Out In In 1-32 2^n n=0-7 1 8*(2^n) n=0-7 1 8*(2^n) 写进来的数据读信号读出去的数据写信号

Begintransfer In Waitrequest/waitrequest_n Out Readdatavalid readdatavalid_n Burstcount Beginbursttransfer Readyfordata Dataavailable Resetrequest Out In In Out Out Out n=0-7 1 等待信号 1 流水处理信号操作开始信号表示无法接受新的读写操作 1 返回数据有效信号 Burst 处理信号 1-32 1 流控信号 1 1 复位信号 1 显示需要 burst 的数据数量 Burst 处理开始信号代表有可以写入的空间代表有数据可以被读出可以用来复位整个 Avalon-mm 系统除了信号，还有一些具体的对端口的设置：初始值范围描述设置名 ReadLatency writeWaitTime ReadWaitTime maximumPending ReadTransactions BurstOnBurst BoundariesOnly LineWrapBursts MaxBurstSize BridgesToMaster 0 0 1 1 False False 1 无 0-63 0-1000 0-1000 1-64 当读操作的延迟为已知的时候，做一些设置。如果接口中有 readdatavalid 的信号就不需要设置字节有效信号读信号读出去的数据 True, false 写信号写进来的数据操作开始信号表示无法接受新的读写操作 True,false 64 Avalon-MM master on same component 端口相关的时钟 AssociatedClock 所谓美眉从端口，无非就是美眉向你提出要求，要你去抽屉里面拿点东西(read)，或者放点东西罢了( write )。美眉的命令当然是要执行的，但是执行是有很多方法来操作的。我们来看看我们可以怎么做。非定时传输套装：信号组合：

读信号 Read Readdata 写信号 Write Writedata 参数设置通用信号 Clk Reset Address Waitrequest Byteenable 是这么一种情况，美眉要你做事情的同时，你给她一块牌子，叫做 Waitrequest (置高)。就是说你等着，我去拿，或者我去放。等到你按照她的要求拿好了东西，给她的同时，把牌子拿回来（置低）。这样她就拿到东西高高兴兴走了。同样的，当你把东西放好以后，回来把，牌子收回来，她也就满意了。在你完成你的任务之前，美眉会一直傻傻的等待着 (保持读写状态)。定延迟传输操作套装信号组合通用信号 Clk Reset Address Byteenable 在这种状况下，美眉对你是非常了解了，她很确定的知道，你拿东西(readwaittime)和放东西（writewaittime）的时间会有多长。所以我们这里就不需要那个 waitrequest 的牌子了。她告诉你需要做什么，然后等待响应的时间。她就知道事情完成了。该拿的东西应该可以送到了，该放的东西也已经放好了。非定时流水套装信号组合：通用信号 Clk 参数设置 ReadWaitTime WriteWaitTime 读信号 Read Readdata 写信号 Write Writedata 读信号 Read 参数设置 maximumPending ReadTransactions Readdata readdatavalid Reset Address Waitrequest Byteenable 这个情况只适用于拿东西，不适合于放东西。这个美眉会比较残暴，她没耐心等你把东西拿来才发出下一个要求。她会一直发要求，虽然她并不知道可能会花多少时间去拿来。所以她可以每个时钟都发出拿东西的请求，告诉你地址，你就不断的去拿来。由于可能回来的时间是不同的，所以你需要提醒一下她东西来了，所以当我们把东西拿来的时候，我们同时给她一个 readdatavalid 的牌子。这样她就知道她要的东西来了。在这里我们需要一个前提，就是

东西是一样一样去拿的。换句话说就是后发出的请求和回来的东西的顺序一定是相同的。否则后到的地址，先拿来东西，美眉要翻脸了。这样当然效率会高很多了，但是我们需要有一点反抗精神。我们不能太纵容她了。所以在我们很忙的时候，或者想罢工的时候，就毫不留情的给她一块 Waitrequest 的牌子说，等着，我现在没空。在这段时候，对她的要求不予理睬，让她眼巴巴的等着。在这个模式下面有一个名字超长的设置: maximumpendingreadtransactions，它是对模块的一个附加说明。说明这个模块最大能接受的流水量。也就是说最大的可以容忍的美眉的要求。超过这个要求的话，那只好说对不起了。定时流水套装通用信号 Clk 读信号 Read 参数设置 maximumPending ReadTransactions ReadLatency Readdata readdatavalid Reset Address Byteenable 这是一个对你比较了解的残暴的美眉（天哪）。她知道你会用多少时间来拿东西（readwaittime）。所以她在发出拿指令以后，过几个时钟就可以拿到东西。这个时候我们就不需要那个 readdatavalid 的牌子了。但是 waitrequest 还是要的，为了保护我们自己的权益。她拿着那块牌子的时候，我们什么都不做，所以她需要等待的时间其实是 waitrequest + readwaittime。批处理套装这是一个比较内向的美眉，她不喜欢不厌其烦的告诉每次操作的抽屉位置。她只是告诉你第一次的位置，和希望拿（放）多少东西就好了。所以管他叫批处理套装。通用信号 Clk Reset Address Waitrequest BurstCount BeginBurstTransfer Byteenable 批处理写套装在批处理写套装时，会有一个 beginbursttransfer 命令，随着这个命令，会告诉你地址，数据，已经要求批处理的数量（burstcount）。Waitrequest 对 beginbursttransfer 无效，她不管你是不是给她那个牌子，她会告诉你她需要批处理的信息。但是地址，burstcount,写信号以及写的参数设置 LineWrapBursts MaxBurstSize 写信号 Write Writedata 读信号 Read Readdata

东西，必须要保持到 waitrequest 撤销的时候。在第一个数据以后的传递中，她不再需要告诉你地址和数量，只要告诉你要放（write）和要放什么东西(writedata)就好了。你就应该很自觉自愿的从命。批处理读套装与放东西一样，拿东西的指令也是由 beginbursttransfer 发出的。依然告诉你读的初始地址。但是在读的时候，不需要等到数据返回，可以继续发起下一次操作（ another beginbursttransfer）。而拿回来东西的时候，还需要给一个 readdatavalid 的牌子告诉一下。流控我们也需要提高一些服务质量。有些情况是美眉不知道的。比如说，我这个抽屉里现在是空的，还是满的。如果是空的，就不能再来拿东西了，如果是满的，就不能在塞东西了。所以我们需要用 davaavailable 来表示，现在抽屉里东西不是空的，你可以来拿。用 readyfordata 来表示抽屉不是满的，你可以放东西。美眉-主端口: 了解了从端口的状况，其实我们对于主端口也可以知道个大概了。这里需要有一些说明，那就是主端口和从端口之间，并不是直接连接的，中间会有一个叫 Avalon fabric switch 的东西。他从中进行调整和一些自动加入的控制逻辑。这样可以保证一个从端口可以更多的适用于不同的主端口，而不需要太多的考虑对方的状况。而很多主端口的功能，通过 switch 来实现，从从端口看起来，是看不到的。好比很多美眉内心的想法，我们是体会不出来的，而她们会通过一些方式来暗示达到她们的要求。而我们就是傻呼呼的照做就好了。我们这里就主要说一下两个信号： arbiterlock, flush. Arbiterlock, 这个信号的意义很简单，就是锁定仲裁。好比你在帮好几个美眉做事情，大家说好了要分享你的。而偏偏这个美眉比较霸道，于是她恶狠狠的举起这块 arbiterlock 的牌子，那么在一段时间里面，你就被她独享了。而其他的美眉只能可怜巴巴的等着。 Flush：这个信号是使用在流水读的状态下。这一定是一个善变的美眉了。她给你发出去一堆取东西的要求。那你得一个个做吧，然后她突然之间发飙说，我不要了，举起这个 flush 的牌子。于是所有在这之前发出的要求全部取消。还是那句话，这个牌子她不是举给你看的，而是举给 switch 看的。Switch 会把你取回来的东西放弃掉。所以你其实还是很可怜的一样一样的去拿来的。

Avalon-ST 篇与美眉接口不同，Avalon-ST 更多的适用于一些传递速度要求比较高，没有地址需求的应用方面。比如一些 DSP，包处理方面的应用，FIR, FFT 什么的。更多的是对数据的一种传递。有这样一些想法点对点的传输多通道的传输包传输自动的接口调整看上去很可怕的样子，其实很简单，我们看这么几张图就全部了解了。一个问题的两个方面，一个接口的两个部分。我们有一个 Source 和一个 Sink 部分。Source 是源，数据从这个接口发出，然后由 sink 来接受。数据就是从 data 这个信号发出来的，而 valid 信号表示当前这是一个有效信号

Sink 并不是什么时候都可以接受数据的，所以它通过 ready 信号告诉 source，我有没有准备好接受数据我们称之为反压。这样的效果就是可以一直把信息传递到前面，然一切操作可以停止下来。这里面有一个非常重要的参数 ReadyLatency，这代表说，在这个 ready 信号起来以后几个时钟 sink 可以接受数据。我们分两种情况来看： ReadyLatency=0，这个时候呢，在 ready 为高的同时 sink 就可以开始接受数据。即便在 ready 为低的时候，source 依然可以把 valid 设为高，但是这个时候，sink 是不接受数据的，只有当 ready 和 valid 同时为高的时候，sink 才接受数据。 ReadyLatency 不是 0 的时候。代表 ready 为高以后的几个时钟才能接受数据。这个状况下， source 必须严格控制 valid 信号。在 ready 信号为低，以及为高的前几个时钟内（readlatency）都不得为高。而在 ready 信号由高变低的几个时钟内(readlatency),valid 信号还是可以为高的。这样，sink 端口就只需要监视 valid 信号就好了，控制上会更简单一些。包处理：在很多应用中，我们会用到包这么个概念。我们用 SOP 和 EOP 来指示一个包。SOP 就是 Start of Packet, EOP 就是 end of packet.好了，我想不需要我啰嗦了。

为了把故事讲完整了，把其他信号也加进来。 Channel：用于多通道处理，指示当前数据是属于什么 channel 的 Error: 错误信号，可以用来传递错误指示，表示当前信号的一个状态。这个信号可以灵活运用，并不是一定要用来传递错误哦。 Empty: 在 EOP 的时候，指示数据中的哪几个 Byte 是有效数据，很像 Mask。其实 Avalon 接口并不是什么非常复杂的东西，但是应用到具体的模块中，就需要大家自己灵活掌握，发挥创意。对他们更深入的了解对于更好地把握传输，控制是非常重要的，对于系统的理顺和增强也是很有意思的。当然还是不太需要拘泥于具体的形式。

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