【AXI总线专题】AXI-FULL-Master

概述
参考文档：
《3-2-03米联客2022版AXI4总线专题-20211123.pdf》
《IHI0022E_amba_axi_and_ace_protocol_spec.pdf》

1.axi-full概述

和axi-lite差不多，基本信号都差不多，就是多了几个信号。主要是因为axi-full支持突发传输，axi4支持最大256次的突发传输。

2.信号定义

3.测试

测试工程通过手动编写一个axi-full-master的模块，和slave进行通信，测试并查看仿真波形。其中的slave模式使用官方直接生产的模块。
如下图所示，一共是两个模块，一个master一个slave。我们直接把这两个模块添加到block design中，省去了例化一个个填信号的步骤。然后直接在tb文件中直接例化block design就可以了。

tb文件示例代码：

module sim_tb_top();reg clk,rst;initial beginrst = 0;#100;@(posedge clk)rst = 1;
endalways beginclk = 0;#10;clk = 1;#10;
end
/*直接例化的block design，就一个时钟和一个复位信号，其他都是内部信号*/
system_wrapper system_wrapper_u0(.M_AXI_ACLK_0     (clk)  ,.M_AXI_ARESETN_0  (rst));endmodule

4.仿真波形

如下图所示，图中列出了写地址，写数据，写响应的时序波形。
在写地址过程中，因为是突发传输，这个过程只需要写入突发传输的起始地址，以及突发长度就行，因此这里的valid和ready信号持续的信号周期很短。
在写数据过程中，数据一直处于突发传输过程，此时的valid和ready信号需要一直保持为高电平。
last信号是和最后一个数据对齐，也就是说，在传输最后一个数据的过程中，就应该将last信号拉高，表明此时正在传输最后一个数据。
写响应阶段，是在所有数据都写入完成后，才产生valid和ready信号。

下图是读数据阶段。
程序设计的流程是先写完成后再读数据。因此在上面写响应完成后，开始一段读操作。读地址阶段的时序和写地址的时序一样。重点看下读数据阶段。
master将M_AXI_RREADY拉高后，就可以接收slave的数据了。接着slave拉高M_AXI_RVALID信号，可以看到，slave并不是一直拉高valid信号的，而是呈现脉冲式的拉高，所以接收到的数据中间都会有无效数据，就是这里的0。当然这里的0会被忽略，因为有效数据是在valid和ready同时有效的时候才正确被接收。
同样，last信号也是在接收最后一个数据的时候同时被拉高。

下图是整个程序流程的总览，即实现的写数据读数据的不断循环。整个过程读写都可以正常进行。

5.附录

clogb2函数

功能：位宽计算函数
例如，要将8个数据存到fifo中，那么fifo的深度是8，就是从0~7，这里的最大值是7，对应的就是3‘b111；地址位宽就是3，这个函数就用来计算这个3。
可以应用的场景，比如在逻辑中需要点亮LED灯，每隔500ms翻转一次，常规操作如下：

	// Add user logic here//ref_clk=50M cnt_number=25,000,000
reg [24:0] cnt_500ms;
always@(posedge clk or negedge rst)if(!rst)cnt_500ms <= 'b0;else if(cnt_500ms == 'd24_999_999)cnt_500ms <= 1'b0;elsecnt_500ms <= cnt_500ms + 1'b1;always @(posedge clk or negedge rst) beginif(!rst)led <= 1'b1;else if(cnt_500ms == 'd24_999_999)led <= ~led;end

如上所示，这里需要定义一个cnt_500ms的变量，用来计数，通过计算，我们得知，这个变量需要计数25000000次才是500ms，那么这个变量在定义的时候就要确定它的位宽，也就是上面计算的[24:0]，就是25bit。通常都是要借助程序员计算器来计算这个位宽值。
现在有了这个函数就可以直接使用这个函数来计算了
示例如下：

reg [clogb2(24999999):0] cnt_500ms;

参考链接：
Verilog定义计算位宽的函数clogb2

axi4中的一些参数解释

参考链接：[axi][学习笔记]s_axi_awlen/s_axi_awsize 和s_axi_wdata关系
这个里面解释了比较容易混淆的awlen和awsize等的关系。
M_AXI_AWLEN:axi-full是突发传输的模式，一次突发传输可以传输多个数据，个数为1~256；最多传输256个数据，这个值就是用来设置一次突发传输的数据个数。
M_AXI_AWSIZE:突发传输过程中，每个传输的数据的大小（以字节为单位）。这是一个3位的信号。支持的数据的大小为1、2、4、8、16、32、64、128；那么对应关系就是
000：1
001：2
010：4
011：8
100：16
101：32
110：64
111：128
这个值和数据位宽是有关系的，数据位宽就是下面显示的M_AXI_DATA_WIDTH;假设数据位宽是128，那么传输一个128bit的数据就是传输16个字节，也就是突发传输过程中的数据的大小是16字节，对应到M_AXI_AWSIZE的值就是100；
使用举例：

parameter integer C_M_AXI_DATA_WIDTH = 32；
assign M_AXI_AWSIZE = clogb2((C_M_AXI_DATA_WIDTH/8)-1);//这里就是使用位宽计算公式，计算出来是010；对应上面就是4字节，也就是32位的位宽

M_AXI_WDATA:这个是需要传输的数据，这个数据在定义的时候是需要定义位宽的，比如

output  wire [M_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] 	    M_AXI_WDATA			,

wishbone总线

参考链接：CPU设计实战-Wishbone总线接口

为什么有个逻辑工程中会使用到axi_to_wishbone?我们分析一下下面这个模块，就是将axi总线转换成wishbone总线，目的就是为了简化接口的操作，因为axi总线的接口比较多。

module axi_to_wishbone(input                   aclk,         input                   aresetn,//wishbone signalsoutput reg [31:0]		wb_addr_o,input       [31:0]      wb_dat_i,output reg	[31:0]		wb_dat_o,output reg			    wb_we_o,//读写使能信号，低表示读操作，高表示写操作output reg			    wb_stb_o,//总线选用信号，有效时代表发起一次总线操作output                  wb_cyc_o,//总线周期信号，代表总线正在被占用，在总线使用时须持续有效input                   wb_ack_i,//操作结束信号，操作结束给一个有效位//axi signals      input  [31:0]           m_axi_araddr, input  [1:0]            m_axi_arburst,input  [3:0]            m_axi_arcache,input  [7:0]            m_axi_arlen,  input  [0:0]            m_axi_arlock, input  [2:0]            m_axi_arprot, input  [3:0]            m_axi_arqos,  output reg	            m_axi_arready,input  [3:0]            m_axi_arregion,input  [2:0]            m_axi_arsize, input 		    	    m_axi_arvalid,input  [31:0]           m_axi_awaddr, input  [1:0]            m_axi_awburst,input  [3:0]            m_axi_awcache,input  [7:0]            m_axi_awlen,  input  [0:0]            m_axi_awlock, input  [2:0]            m_axi_awprot, input  [3:0]            m_axi_awqos,  output reg              m_axi_awready,input  [3:0]            m_axi_awregion,input  [2:0]            m_axi_awsize, input                   m_axi_awvalid,input                   m_axi_bready, output [1:0]            m_axi_bresp,  output reg              m_axi_bvalid, output reg [31:0]       m_axi_rdata,  output reg              m_axi_rlast,  input                   m_axi_rready, output [1:0]            m_axi_rresp,  output reg              m_axi_rvalid, input  [31:0]           m_axi_wdata,  input                   m_axi_wlast,  output reg             m_axi_wready, input  [3:0]            m_axi_wstrb,  input                   m_axi_wvalid  );

axi_to_wishbone host_to_wb(//clock and reset.aclk                    (sys_clk_i),.aresetn                 (sys_rst_n_i),//wishbone signals                          .wb_addr_o               (host_wb_addr),       .wb_dat_i                (host_wb_dat_o ),     .wb_dat_o                (host_wb_dat_i ),     .wb_we_o                 (host_wb_we),         .wb_stb_o                (host_wb_stb),        .wb_cyc_o                (host_wb_cyc),        .wb_ack_i                (host_wb_ack),        //AXI signals                                 .m_axi_araddr            (reg_m_axi_araddr  ),.m_axi_arburst           (reg_m_axi_arburst ),.m_axi_arcache           (reg_m_axi_arcache ),.m_axi_arlen             (reg_m_axi_arlen   ),.m_axi_arlock            (reg_m_axi_arlock  ),.m_axi_arprot            (reg_m_axi_arprot  ),.m_axi_arqos             (reg_m_axi_arqos   ),.m_axi_arready           (reg_m_axi_arready ),.m_axi_arregion          (reg_m_axi_arregion),.m_axi_arsize            (reg_m_axi_arsize  ),.m_axi_arvalid           (reg_m_axi_arvalid ),.m_axi_awaddr            (reg_m_axi_awaddr  ),.m_axi_awburst           (reg_m_axi_awburst ),.m_axi_awcache           (reg_m_axi_awcache ),.m_axi_awlen             (reg_m_axi_awlen   ),.m_axi_awlock            (reg_m_axi_awlock  ),.m_axi_awprot            (reg_m_axi_awprot  ),.m_axi_awqos             (reg_m_axi_awqos   ),.m_axi_awready           (reg_m_axi_awready ),.m_axi_awregion          (reg_m_axi_awregion),.m_axi_awsize            (reg_m_axi_awsize  ),.m_axi_awvalid           (reg_m_axi_awvalid ),.m_axi_bready            (reg_m_axi_bready  ),.m_axi_bresp             (reg_m_axi_bresp   ),.m_axi_bvalid            (reg_m_axi_bvalid  ),.m_axi_rdata             (reg_m_axi_rdata   ),.m_axi_rlast             (reg_m_axi_rlast   ),.m_axi_rready            (reg_m_axi_rready  ),.m_axi_rresp             (reg_m_axi_rresp   ),.m_axi_rvalid            (reg_m_axi_rvalid  ),//block design中的glbreg_m_axi这个slave接口的地址已经分配好了，在sdk中使用Xil_Out();函数就可以和这个slave通信了。.m_axi_wdata             (reg_m_axi_wdata   ),//这个从外面（block_design中）写进来的数据，即glbreg_m_axi_wdata，这个axi是从机；写进来后给axi_to_wishbone,转换到成host_wb_dat_i，从axi_to_wishbone模块输出.m_axi_wlast             (reg_m_axi_wlast   ),//再给wb_bus_switch;在wb_bus_switch中，根据不同的通道地址，将这个数据再转给ch1_wb_dat_o~ch5_wb_dat_o输出出去。ch1_wb_dat_o对应的是glbreg_wb_dat_i；.m_axi_wready            (reg_m_axi_wready  ),//glbreg_wb_dat_i这个数据再进入到global_register这个模块中，在这个模块中，将这个数据赋值给不同的寄存器，用来配置逻辑的工作模式。.m_axi_wstrb             (reg_m_axi_wstrb   ),.m_axi_wvalid            (reg_m_axi_wvalid  )//同上，wb_bus_switch中的ch1_wb_dat_i~ch5_wb_dat_i先传给host_wb_dat_o；然后这个数据再进入到axi_to_wishbone的wb_dat_i//在axi_to_wishbone中传给m_axi_rdata，就是axi从机的输出数据接口，给axi主机读。); 

6.工程文件