第四章 Avalon總線規(guī)范

1、第四章 Avalon總線規(guī)范,4.1 Avalon總線簡介 4.2 Avalon總線基本概念 4.3 Avalon信號 4.4 從端口傳輸 4.5 主端口傳輸 4.6 流水線傳輸屬性 4.7 流控制 4.8 三態(tài)傳輸 4.9 突發(fā)傳輸 4.10 和傳輸無關(guān)的信號 4.11 地址對齊,Avalon總線簡介,總線的定義： （1）總線最初是指計算機系統(tǒng)中各種信號線的集合，是計算機各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路，例如PCI總線。 （2）隨著電子計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，總線的概念也被更廣泛的使用，現(xiàn)在總線一詞不僅用于表示計算機系統(tǒng)中的信號線的集合，也用于表示各種通信系統(tǒng)，例如現(xiàn)場總線，

2、USB總線，485總線。 （3）簡而言之，可以這樣認為，總線就是一種通信規(guī)范以及規(guī)范的實現(xiàn)方法，不論是計算機系統(tǒng)還是通信領(lǐng)域。,Avalon總線簡介,計算機總線的分類： （1）按相對于CPU或其它芯片的位置可分為：片內(nèi)總線、片外總線 ； （2）按總線的功能可分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 ； （3）按總線的層次結(jié)構(gòu)可分為：CPU總線、存儲總線、系統(tǒng)總線、外部總線；,Avalon總線簡介,Avalon 總線 Avalon總線由ALTERA公司提出，用于在基于FPGA的片上系統(tǒng)中連接片內(nèi)處理器和片內(nèi)外設(shè)的總線結(jié)構(gòu)。 連接到Avalon總線的設(shè)備分為主從設(shè)備，并各有其工作模式。 Avalon總線

3、本身是一個數(shù)字邏輯系統(tǒng)，它在實現(xiàn)“信號線匯接”這一傳統(tǒng)總線功能的同時，增加了許多內(nèi)部功能模塊，引用了很多新的方法，比如從端仲裁模式，多主端工作方式，延時數(shù)據(jù)傳輸，這些功能使得在可編程邏輯器件中可以靈活的實現(xiàn)系統(tǒng)增減和IP復(fù)用。,Avalon總線簡介,Avalon總線是用于處理器與片內(nèi)/外外設(shè)互連的技術(shù)，這就決定了Avalon總線具有以下的一些特點： （1）簡單性，易于理解、易于使用。 （2）占用資源少，減少對FPGA片內(nèi)資源的占用。 （3）高性能，Avalon總線可以在每一個總線時鐘周期完成一次數(shù)據(jù)傳輸。 （4） 專用的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線：這樣Avalon總線模塊和片上邏輯之間的接口

4、得以簡化，Avalon外設(shè)不需要識別數(shù)據(jù)和地址周期。 （5）支持高達1024位的數(shù)據(jù)寬度，支持不是2的偶數(shù)冪的數(shù)據(jù)寬度。 （6） 支持同步操作，所有Avalon外設(shè)的接口與Avalon交換架構(gòu)的時鐘同步，不需要復(fù)雜的握手/應(yīng)答機制。簡化了Avalon接口的時序行為，而且便于集成高速外設(shè)。 （7） 支持動態(tài)地址對齊，可以處理具有不同數(shù)據(jù)寬度的外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳輸，Avalon總線的自動地址對齊功能將自動解決數(shù)據(jù)寬度不匹配的問題，不需要設(shè)計者的干預(yù)。 （8） Avalon總線規(guī)范是一個開放的標準，用戶可以在未經(jīng)授權(quán)的情況下使用Avalon總線接口來自定義外設(shè)。,Avalon總線結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu),A

5、valon總線結(jié)構(gòu)采用交換式的總線結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)有著顯著的優(yōu)點。,采用Avalon交換架構(gòu)，每個總線主機均有自己的專用互聯(lián)，總線主機只需搶占共享從機，而不是總線本身。,每當系統(tǒng)加入模塊或者外設(shè)接入優(yōu)先權(quán)改變時，SOPC Builder利用最少的FPGA資源，產(chǎn)生新的最佳Avalon交換架構(gòu)。,Avalon交換架構(gòu)支持多種系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如單主機/多主機系統(tǒng)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在外設(shè)與性能最佳數(shù)據(jù)通道之間的無縫傳輸。,Avalon交換架構(gòu)同樣支持用戶所設(shè)計的片外處理器和外設(shè)。,Avalon交換式總線結(jié)構(gòu)支持數(shù)據(jù)總線的復(fù)用、等待周期的產(chǎn)生、外設(shè)的地址對齊以及高級的交換式總線傳輸。,Avalon總線簡

6、介,Avalon總線在SOPC Builder中添加外設(shè)之后會自動生成，并且會隨著外設(shè)的添加和刪減而自動調(diào)整，最終的Avalon總線結(jié)構(gòu)是針對外設(shè)配置而生成的一個最佳結(jié)構(gòu)。 所以對于用戶來說，如果只是使用已經(jīng)定制好的符合Avalon總線規(guī)范的外設(shè)來構(gòu)建系統(tǒng)，不需要了解Avalon總線規(guī)范的細節(jié)。 但是對于要自己設(shè)計外設(shè)的用戶來說，開發(fā)的外設(shè)必須要符合相應(yīng)的Avalon總線的規(guī)范，否則設(shè)計的外設(shè)也無法集成到系統(tǒng)中去。,Avalon總線簡介,Altera提供了Avalon的接口規(guī)范，供設(shè)計者開發(fā)自己的外設(shè)和更好地使用外設(shè)。 該規(guī)范描述了諸如微處理器、存儲器、UART等主從外設(shè)的基于地址的讀/寫接口

7、的基本知識。 Avalon接口規(guī)范給出了主從外設(shè)間的端口連接關(guān)系，通信的時序關(guān)系，支持的多種傳輸方式。 設(shè)計者可以不去了解Avalon交換結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)細節(jié)，只要掌握其同外設(shè)相連接的接口。,Avalon總線基本概念,Avalon外設(shè) 一個基于Avalon接口的系統(tǒng)會包含很多功能模塊，這些功能模塊就是Avalon存儲器映射外設(shè)，通常簡稱Avalon外設(shè)。,所謂存儲器映射外設(shè)：是指外設(shè)和存儲器使用相同的總線來尋址，并且CPU使用訪問存儲器的指令也用來訪問I/O設(shè)備。為了能夠使用I/O設(shè)備，CPU的地址空間必須為I/O設(shè)備保留地址。,Avalon外設(shè)包括存儲器，處理器、UART、PIO、定時器和總線橋等

8、。還可以有用戶自定義的Avalon外設(shè)，用戶自定義的外設(shè)要能稱之為Avalon外設(shè)，要有連接到Avalon結(jié)構(gòu)的Avalon信號。,Avalon總線基本概念,Avalon外設(shè),主外設(shè),從外設(shè),能夠在Avalon總線上發(fā)起總線傳輸,只能響應(yīng)Avalon總線傳輸，而不能發(fā)起總線傳輸,主外設(shè)至少擁有一個連接在Avalon交換架構(gòu)上的主端口，主外設(shè)也可以擁有從端口，使得該外設(shè)也可以響應(yīng)總線上其它主外設(shè)發(fā)起的總線傳輸。,Avalon總線基本概念,Avalon交換架構(gòu) 將Avalon外設(shè)連接起來，構(gòu)成一個大的系統(tǒng)的片上互連邏輯就是Avalon交換架構(gòu)。 Avalon交換架構(gòu)是一種可自動調(diào)整的結(jié)構(gòu)，隨著設(shè)計

9、者不同設(shè)計而做出最優(yōu)的調(diào)整。,Avalon總線基本概念,可以看到外設(shè)和存儲器可以擁有不同的數(shù)據(jù)寬度，并且這些外設(shè)可以工作在不同的時鐘頻率。 Avalon交換架構(gòu)支持多個主外設(shè)，允許多個主外設(shè)同時與不同的從外設(shè)進行通信，增加了系統(tǒng)的帶寬。 這些功能的實現(xiàn)都是靠Avalon交換架構(gòu)中的地址譯碼、信號復(fù)用、仲裁、地址對齊等邏輯實現(xiàn)的。,Avalon系統(tǒng)實例,Avalon總線基本概念,本章重點討論Avalon外設(shè)和Avalon交換架構(gòu)之間的互連，主要研究接口級的行為，不關(guān)注其內(nèi)部實現(xiàn)。,Avalon總線基本概念,Avalon信號 Avalon接口定義了一組信號類型(片選、讀使能、寫使能、地址、數(shù)據(jù)等)

10、，用于描述主/從外設(shè)上基于地址的讀寫接口。 Avalon外設(shè)只使用和其內(nèi)核邏輯進行接口的必需的信號，而省去其他會增加不必要的開銷的信號。,Avalon總線基本概念,Avalon信號的可配置特性 Avalon信號的可配置特性是Avalon接口與傳統(tǒng)總線接口的主要區(qū)別之一。 Avalon外設(shè)可以使用一小組信號來實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)傳輸，或者使用更多的信號來實現(xiàn)復(fù)雜的傳輸類型。 例如ROM接口只需要地址、數(shù)據(jù)和和片選信號就可以了， 而高速的存儲控制器可能需要更多的信號來支持流水線的突發(fā)傳輸。,Avalon總線基本概念,Avalon的信號類型為其它的總線接口提供了一個超集，例如大多數(shù)分離的SRAM、ROM和

11、Flash芯片上的引腳都能映射成Avalon信號類型，這樣就能使Avalon系統(tǒng)直接與這些芯片相連接。類似地，大多數(shù)Wishbone的接口信號也可以映射為Avalon信號類型，使得在Avalon系統(tǒng)中集成Wishbone的內(nèi)核非常簡單。,Avalon總線基本概念,主端口和從端口 Avalon端口就是完成通信傳輸?shù)慕涌谒囊唤MAvalon信號。,Avalon端口,主端口,從端口,主端口可以在Avalon總線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。,目標從端口在Avalon總線上響應(yīng)主端口發(fā)起的數(shù) 據(jù)傳輸。,一個Avalon外設(shè)可能有一個或多個主端口，一個或多個從端口，也可能既有多個主端口，又有多個從端口。,Aval

12、on總線基本概念,Avalon的主端口和從端口之間沒有直接的連接，主、從端口都連接到Avalon交換架構(gòu)上，由交換架構(gòu)來完成信號的傳遞。,在傳輸過程中，主端口和交換架構(gòu)之間傳遞的信號與交換架構(gòu)和從端口之間傳遞的信號可能有很大的不同。 所以，在討論Avalon傳輸?shù)臅r候，必須區(qū)分主從端口。,Avalon總線基本概念,傳輸 傳輸是指在Avalon端口和Avalon交換架構(gòu)之間的數(shù)據(jù)單元的讀/寫操作。 Avalon傳輸一次可以傳輸高達1024位的數(shù)據(jù)，需要一個或多個時鐘周期來完成。 在一次傳輸完成之后，Avalon端口在下一個時鐘周期可以進行下一次的傳輸。,Avalon總線基本概念,Avalon傳輸

13、,主傳輸,從傳輸,Avalon主端口發(fā)起對交換架構(gòu)的主傳輸。,Avalon從端口響應(yīng)來自交換架構(gòu)的傳輸請求。,傳輸是和端口相關(guān)的：主端口只能執(zhí)行主傳輸，從端口只能執(zhí)行從傳輸。,Avalon總線基本概念,主從端口對 主從端口對是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過Avalon交換架構(gòu)相連接起來的主端口和從端口。在傳輸過程中，主端口的控制和數(shù)據(jù)信號通過Avalon交換架構(gòu)和從端口相交互。,周期 周期是時鐘的基本單位，定義為特定端口的時鐘信號的一個上升沿到下一個上升沿之間的時間。完成一次傳輸最少要一個時鐘周期。,clk,Avalon信號,Avalon接口規(guī)范定義了Avalon外設(shè)使用的信號類型，如地址、數(shù)據(jù)、片

14、選信號等等。根據(jù)外設(shè)邏輯接口的需求，Avalon外設(shè)可以使用任何類型的Avalon信號。 Avalon接口規(guī)范還定義了每種信號類型的行為。Avalon端口上的信號和信號類型是一一對應(yīng)的，Avalon主/從端口的每一個信號必定屬于某類的Avalon信號類型。一個Avalon端口每一種信號類型只能有一個信號實例。 根據(jù)端口的屬性，可以將Avalon信號類型分為主信號或者從信號。有些信號在主端口和從端口的接口上都存在，但是信號的行為是不相同的。,Avalon信號,下圖給出了一個16位的通用I/O輸出外設(shè)，這個簡單的Avalon外設(shè)只需響應(yīng)接收數(shù)據(jù)的傳輸請求。因此該外設(shè)只使用了寫傳輸?shù)男盘枺鴽]有讀傳

15、輸?shù)男盘枴?Avalon信號,一、信號類型的完整列表 構(gòu)成從端口和主端口的接口的信號類型中每一類型的信號的說明包括： 信號類型； 信號可能的寬度； 信號的方向（從外設(shè)的角度看）； 該信號在端口上是否必不可少（必需性）； 各種類型的信號的功能和特殊的使用要求的簡單描述。,Avalon從端口信號類型（1）,Avalon從端口信號類型（2）,Avalon信號,在Avalon接口規(guī)范中，Avalon從端口沒有任何信號是必須要有的，而Avalon主端口上必須要有三個信號：clk,address和waitrequest.,Avalon信號,二、信號極性 表中的信號類型都是高電平有效。Avalon接口也提供

16、每個信號類型的低電平有效的版本，在信號類型名后添加 _n 來表示。例如irq_n、read_n等。這對和那些低電平有效的片外邏輯相接時非常有用。,Avalon信號,三、信號命名規(guī)則 Avalon接口規(guī)范沒有對Avalon外設(shè)上的信號指定命名的規(guī)則，Avalon外設(shè)上的信號的名字可以與信號類型名相同，或者也遵循系統(tǒng)級的命名規(guī)則。 在本章中，討論Avalon傳輸?shù)臅r候，信號名和信號類型名是相同的。,Avalon信號,四、Avalon信號時序說明 Avalon接口是一個同步的協(xié)議。每個Avalon端口都與Avalon交換架構(gòu)提供的時鐘同步。所有的傳輸都與Avalon交換架構(gòu)的時鐘同步發(fā)生，并在時鐘上

17、升沿啟動。 對任何的同步設(shè)計來說，Avalon外設(shè)必須只響應(yīng)在時鐘上升沿達到穩(wěn)定狀態(tài)的信號，并且在時鐘上升沿產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。,Avalon信號,五、傳輸屬性 不是所有的Avalon主/從端口都使用相同的信號類型，因此不同的Avalon端口具有不同的傳輸能力。Avalon接口規(guī)范定義了一套傳輸屬性。一個特定的Avalon主/從端口可以支持一個或多個傳輸屬性，這取決于外設(shè)的設(shè)計。外設(shè)支持的傳輸屬性在設(shè)計時確定，在傳輸過程中不會改變。 Avalon接口規(guī)范定義了Avalon端口支持的如下的傳輸屬性： 等待周期：固定或可變（只對從端口）； 流水線：固定或可變的延遲； 建立和保持時間（只對從端口）； 突

18、發(fā)； 三態(tài)。,Avalon信號,基本傳輸不具有上述的傳輸屬性，所以基本傳輸提供了一個參照點，來描述每一個屬性對端口和信號行為的影響。 使用一個特定的端口屬性會產(chǎn)生下面的影響： （1）改變特定信號的行為； （2）需要一個或多個的信號類型來實現(xiàn)該屬性。,Avalon信號,Avalon端口可以同時支持多個屬性。例如，一個Avalon從端口可能支持具有可變等待周期的流水線傳輸。 一些屬性不能和其它屬性共同使用，這些限制在傳輸屬性的討論中會說明。 一個主從端口對中的主端口和從端口可以有不同的傳輸屬性。Avalon交換架構(gòu)同主/從端口通信時，使用該端口指定的屬性，并且必要時要進行從主端口到從端口的屬性轉(zhuǎn)換

19、。,從端口傳輸,一、 從端口信號詳述 對所有從端口傳輸都很重要的信號 1. address信號 2. readdata和writedata信號 3. chipselect、read和write信號 4. byteenable和writebyteenable 5. begintransfer信號,從端口傳輸,二、從端口讀傳輸 1. 從端口基本讀傳輸 基本的讀傳輸是其它的Avalon讀傳輸?shù)膮⒖?，基本的讀傳輸沒有傳輸規(guī)范中的任何的傳輸屬性。從端口基本讀傳輸由Avalon交換架構(gòu)發(fā)起，從Avalon從端口傳輸一個數(shù)據(jù)單元（外設(shè)的數(shù)據(jù)端口全寬度）到Avalon交換架構(gòu)。傳輸在一個時鐘周期內(nèi)完成。,從端

20、口傳輸,從端口基本讀傳輸只適用于異步從外設(shè)，如異步存儲器。只要外設(shè)被選中和/或地址發(fā)生了變化，外設(shè)就必須立刻返回數(shù)據(jù)。readdata信號線必須在下一個時鐘上升沿之前保持穩(wěn)定。 同步外設(shè)要鎖存它們的輸入和輸出信號，必須要用到等待周期和/或流水線屬性。片上的Avalon外設(shè)通常使用同步的、鎖存的接口，該接口至少需要一個周期用來捕獲地址。,從端口基本讀傳輸,從端口傳輸,2. 等待周期 等待周期延長讀傳輸?shù)臅r間，允許從端口使用一個或多個的時鐘周期來捕獲地址和/或返回有效的readdata，但是等待周期會影響從端口的吞吐量。例如，一個持續(xù)的序列采用0等待周期的傳輸，可以達到最大的吞吐量一個周期一次傳輸

21、。如果傳輸采用具有一個等待周期的傳輸，最大的吞吐量為每兩個周期一次傳輸。 從端口讀傳輸有兩種類型的等待周期：固定的和可變的。,從端口傳輸,具有一個等待周期的從端口讀傳輸時序圖,從端口傳輸,具有可變等待周期的從端口讀傳輸,(A)第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出地址和read信號。 (C) Avalon交換架構(gòu)對地址進行譯碼，然后驅(qū)動chipselect信號。 (D) 從端口在下一個clk的上升沿置waitrequest信號有效。 (E) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿采樣waitrequest， waitrequest是有效的，所以在此時鐘沿 readda

22、ta沒被捕獲。 (F) waitrequest可能會持續(xù)一個不確定數(shù)目的周期。 (G) 從端口提供有效的readdata。 (H) 從端口置waitrequest無效。 (I) Avalon交換架構(gòu)在下一個clk的上升沿捕獲readdata，讀傳輸就此結(jié)束。下一個周期在此開始，另一次傳輸也可由此開始。,從端口傳輸,3.建立時間 一些外設(shè)，如大多數(shù)常用的片外異步外設(shè)，在發(fā)出read信號之前，需要地址和chipselect信號先穩(wěn)定一段時間。具有建立時間的Avalon傳輸可以滿足上述的建立時間的要求。 具有建立時間的讀傳輸所使用的信號和基本讀傳輸使用的信號相同，不同點只是在信號的時序。,具有建立時

23、間和固定等待周期（一個周期）的從端口讀傳輸,(A) 傳輸在clk的上升沿開始，第一個（也是唯一的）建立時間的周期在此開始。 (B) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出有效的address和byteenable，但保持read無效。 (C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，并發(fā)出chipselect信號。 (D)建立時間的周期在 clk的上升沿結(jié)束，等待周期開始。 (E) Avalon交換架構(gòu)置read有效。 (F) clk的上升沿標志等待周期的結(jié)束。 (G) 從端口提供有效的readdata。 (H) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲readdata，傳輸就此結(jié)束。下一個周期開始，另一次傳輸也可

24、以開始。,從端口傳輸,三、從端口寫傳輸 1. 從端口基本寫傳輸 從端口基本寫傳輸是其它從端口寫傳輸?shù)幕A(chǔ)，它不含Avalon接口規(guī)范允許的任何傳輸屬性。從端口基本寫傳輸由Avalon交換架構(gòu)發(fā)起，并由Avalon交換架構(gòu)到從端口傳輸一個數(shù)據(jù)單元，傳輸需要一個時鐘周期。,如果writedata的寬度大于一個字節(jié)，使用byteenable來實現(xiàn)對writedata內(nèi)的特定字節(jié)進行寫操作。如果從端口沒有使用byteenable，則所有的字節(jié)段在傳輸期間都是使能的。,從端口傳輸,(A)第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出有效的writedata、address、bytee

25、nable和write信號。 (C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，并且發(fā)送chipselect給從端口。 (D)從端口在clk的上升沿捕獲writedata、address、 write、byteenable和chipselect。寫傳輸結(jié)束。下一個周期開始，另一次傳輸也可以開始。,從端口基本寫傳輸,從端口傳輸,2. 等待周期 從端口使用等待周期來延長傳輸，從端口使用一個或多個時鐘周期來捕獲address和writedata。從端口寫傳輸使用等待周期會影響從端口寫傳輸?shù)耐掏铝俊?(A) 第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) 來自Avalon交換架構(gòu)的writedata、address、

26、byteenable和write有效。. (C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，發(fā)出chipselect。 (D) 第一個等待周期在clk的上升沿結(jié)束，所有來自Avalon交換架構(gòu)的信號保持不變。 (E) 從端口在clk的上升沿捕獲writedata、address、byteenable、write和chipselect ，寫傳輸結(jié)束。下一個周期開始，另一次傳輸也可開始。,具有固定等待周期的從端口寫傳輸,3.具有建立時間和保持時間的寫傳輸 建立和保持時間用于需要address、byteenable、writedata、和chipselect信號在write脈沖之前和/或之后保持幾個周期穩(wěn)定的

27、片外外設(shè)。具有建立和保持時間的寫傳輸所使用的信號與基本寫傳輸?shù)男盘栂嗤?。不同點只是信號的時序。,具有建立和保持時間的從端口寫傳輸,(A) 第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、byteenable和writedata信號，但保持write信號無效。 (C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，然后發(fā)出chipselect信號。 (D) clk的上升沿標志建立時間的周期結(jié)束。 (E) Avalon交換架構(gòu)置write有效。 (F) Avalon交換架構(gòu)在下一個clk的上升沿之后置write無效，保持周期開始，address、byteenable、write

28、data和chipselect保持不變。 (G) Avalon交換架構(gòu)在下一個clk的上升沿置address、byteenable、writedata和chipselect無效，寫傳輸結(jié)束。,主端口傳輸,一、主端口傳輸 對所有主端口傳輸都很重要的信號： waitrequest信號 address信號 readdata和writedata信號 read和write信號 byteenable信號,主端口傳輸,二、主端口基本讀傳輸 主端口基本讀傳輸是所有帶傳輸屬性Avalon主端口讀傳輸?shù)膮⒖??；咀x傳輸不具有Avalon接口規(guī)范允許的任何傳輸屬性。 基本讀傳輸由主外設(shè)發(fā)起，從Avalon交換架構(gòu)傳

29、輸一個單位的數(shù)據(jù)到主端口。在最快的情況下，可以在一個周期內(nèi)完成。如果readdata沒準備好，Avalon交換架構(gòu)發(fā)送waitrequest，暫停主端口，直到它可以發(fā)送數(shù)據(jù)。當Avalon交換架構(gòu)使waitrequest失效，主端口捕獲數(shù)據(jù)之后，傳輸結(jié)束。,主端口傳輸,(A) 第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) 主端口發(fā)出有效的address、byteenable和read信號。 (C) 在第一個周期內(nèi)從Avalon交換架構(gòu)返回有效的readdata (D) 主端口在下一個clk的上升沿捕獲readdata，并且置它的所有輸出無效。主端口的讀傳輸結(jié)束。另一次傳輸可在下一個周期開始。,主端

30、口基本讀傳輸,主端口傳輸,(A) 第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) 主端口發(fā)出有效的address、byteenable和read信號。 (C) Avalon交換架構(gòu)在下一個clk的上升沿置waitrequest有效。 (D) 主端口在clk的上升沿接受waitrequest。這個周期稱為等待周期。 (E) 只要waitrequest有效，主端口保持其所有輸出不變。 (F) Avalon交換架構(gòu)返回有效的readdata。 (G) Avalon交換架構(gòu)置waitrequest無效。 (H) 主端口在下一個clk的上升沿捕獲readdata，并且置其所有的輸出無效。讀傳輸結(jié)束。另一次傳輸

31、可以在下一個周期開始。,具有等待周期的主端口讀傳輸,主端口傳輸,三、主端口基本寫傳輸 主端口基本寫傳輸是其它帶有傳輸屬性的Avalon主端口寫傳輸?shù)膮⒖??；緦憘鬏敳痪哂蠥valon接口規(guī)范允許的任何傳輸屬性。,主端口基本寫傳輸由主外設(shè)發(fā)起。,從主端口傳輸一個單位的數(shù)據(jù)給Avalon交換架構(gòu)。,如果Avalon交換架構(gòu)不能馬上捕獲數(shù)據(jù)，就發(fā)送waitrequest信號，將主端口暫停。在最好的情況下，Avalon交換架構(gòu)不發(fā)送waitrequest，傳輸可以在一個周期內(nèi)完成。,在最好的情況下，Avalon交換架構(gòu)不發(fā)送waitrequest，傳輸可以在一個周期內(nèi)完成。,如果Avalon交換架構(gòu)置

32、waitrequest N 個周期有效，傳輸總共要N+ 1周期完成。Avalon交換架構(gòu)對主端口不支持超時特性。只要waitrequest有效，主端口就被暫停。,主端口傳輸,(A) 寫傳輸在clk的上升沿開始。 (B) 主端口發(fā)出有效的address、byteenable、writedata和write信號。 (C) 在clk的上升沿waitrequest是無效的，所以寫傳輸結(jié)束。另一次傳輸可以在下一個周期接著開始。,主端口基本寫傳輸,主端口傳輸,具有等待周期的主端口寫傳輸,(A) 第一個周期在clk的上升沿開始。 (B) 主端口發(fā)出有效的address、writedata和write信號。

33、(C) waitrequest在clk的上升沿被置為有效，所以該周期變成第一個等待周期。主端口保持所有的輸出不變。 (D) waitrequest在clk的上升沿再次被置為有效，所以該周期成為第二個等待周期。主端口保持所有的輸出不變。 (E) Avalon交換架構(gòu)置waitrequest無效。 (F) 在clk的上升沿waitrequest 是無效的，所以主端口置所有的輸出無效，寫傳輸結(jié)束。另一個讀或?qū)憘鬏斂梢栽谙乱粋€周期開始。,主端口傳輸,四、 等待周期，建立時間和保持時間屬性 等待周期屬性 根據(jù)規(guī)范，所有的Avalon主端口使用waitrequest信號來接受來自Avalon交換架構(gòu)的不確

34、定的等待周期。在這種情況下，實際上所有的Avalon主端口被動地支持可變的等待周期，即主端口不支持固定的等待周期。 建立時間和保持時間屬性 根據(jù)規(guī)范，Avalon主端口不使用建立或保持時間屬性。如果一個目標從外設(shè)有建立和/或保持時間屬性，Avalon交換架構(gòu)管理該主從端口對的信號時序的轉(zhuǎn)換。,4.6流水線傳輸屬性,Avalon流水線讀傳輸可以增加Avalon同步從外設(shè)的帶寬。 使用流水線讀傳輸，一個端口可以在上一次傳輸?shù)膔eaddata返回之前，開始新的傳輸。所以，在第一次訪問從外設(shè)時需要好幾個周期才能返回數(shù)據(jù)，但是此后每個周期都能返回數(shù)據(jù)。 只有流水線的讀傳輸，而沒有流水線的寫傳輸，因為Av

35、alon寫傳輸不需要由從端口返回確認信號。,4.6流水線傳輸屬性,流水線讀傳輸?shù)某掷m(xù)時間可以分成兩個不同的階段：地址階段和數(shù)據(jù)階段。 地址階段：主端口提供地址來發(fā)起傳輸； 數(shù)據(jù)階段：從端口發(fā)送數(shù)據(jù)來完成傳輸。 一次新傳輸（或多次傳輸）的地址階段可以在前一次的數(shù)據(jù)階段結(jié)束之前開始。,地址階段的持續(xù)時間（即捕獲地址所需要的時鐘周期數(shù)）決定了端口的吞吐量：長的地址階段會減少吞吐量。,數(shù)據(jù)階段的持續(xù)時間，只反映了第一個數(shù)據(jù)單元需要多長時間才能返回。,4.6流水線傳輸屬性,等待周期等待周期決定地址階段的長短，并且限制了端口的最大吞吐量。例如如果一個從端口需要一個等待周期來響應(yīng)傳輸請求，則端口每一次傳輸至

36、少需要兩個周期。而沒有等待周期的Avalon從外設(shè)每個時鐘周期都可接受一次新傳輸。 流水線延遲流水線延遲決定了數(shù)據(jù)階段的長短，但和地址階段無關(guān)。例如，具有流水線傳輸?shù)膹亩丝冢]有等待周期）可以支持一個周期一次傳輸，盡管可能需要幾個周期的延遲才返回第一個數(shù)據(jù)單元。流水線延遲可以是固定的或可變的。,這是等待周期和流水線延遲影響時序關(guān)鍵區(qū)別。,4.6流水線傳輸屬性,4.6.1 具有固定延遲的從端口流水線讀傳輸 Avalon流水線從端口從Avalon交換架構(gòu)捕獲地址和控制信號之后，Avalon流水線從端口需要一個或多個周期來產(chǎn)生數(shù)據(jù)。 但是，在從端口捕獲了地址之后，即使前一次傳輸還沒有返回有效的rea

37、ddata， Avalon交換架構(gòu)可以立即發(fā)起新的傳輸。 因此，流水線從端口在任何時刻都可能有多個掛起的傳輸。,4.6流水線傳輸屬性,具有固定延遲的從端口流水線傳輸使用的信號與從端口基本讀傳輸使用的信號相同，不同之處在于，地址和數(shù)據(jù)階段的信號時序。 除了readdata信號，地址階段的信號的時序和順序同基本讀傳輸相同。 在地址階段，從端口可以使用等待周期。地址階段在等待周期（如果有）結(jié)束后的下一個clk上升沿結(jié)束。 從端口必須在地址階段的最后一個clk上升沿之前捕獲地址。從端口在地址階段不發(fā)出這次傳輸?shù)膔eaddata。在地址階段結(jié)束后，Avalon交換架構(gòu)可以發(fā)起一次新的傳輸。,4.6流水線

38、傳輸屬性,在數(shù)據(jù)階段，外設(shè)花費多個時鐘周期來處理地址，然后經(jīng)過一個固定的延遲后產(chǎn)生readdata。 如果外設(shè)具有N個周期的讀延遲，從端口必須在地址階段結(jié)束后的第N個clk上升沿提供有效的readdata。數(shù)據(jù)階段及整個傳輸在地址階段結(jié)束后N個周期的clk上升沿結(jié)束。 例如，如果從端口有1個周期的讀延遲，則它會在捕獲地址之后的下一個clk上升沿提供有效的readdata。,具有固定延遲（兩個周期）的從端口流水線讀傳輸,(A) Avalon交換架構(gòu)通過提供新傳輸?shù)牡刂冯A段的chipselect、read和address信號，發(fā)起一次讀傳輸。 (B) 從端口已經(jīng)置waitrequest有效，所以下

39、一個周期稱為等待周期。Avalon交換架構(gòu)保持chipselect、read和 address不變。 (C) 從端口在clk的上升沿置waitrequest無效，并且捕獲address。地址階段結(jié)束，數(shù)據(jù)階段開始。 (D) 第一個延遲周期在clk的上升沿結(jié)束。 (E) 第二個延遲周期在clk的上升沿結(jié)束。從端口提供有效的readdata，傳輸結(jié)束。這個clk的上升沿也標志著新的讀傳輸?shù)拈_始。 (F) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出新傳輸?shù)腶ddress、read和chipselect信號。 (G) Avalon交換架構(gòu)在下一個周期內(nèi)，在前一次的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)返回之前發(fā)起另一次的讀傳輸。 (H) Aval

40、on交換架構(gòu)在兩個延遲周期之后捕獲readdata。 (I) Avalon交換架構(gòu)在兩個延遲周期之后捕獲readdata 。,4.6流水線傳輸屬性,4.6.2 具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸 具有可變延遲的流水線讀傳輸允許從端口經(jīng)過一個可變的數(shù)個周期延遲之后返回有效的readdata。 具有可變延遲的從端口使用額外的信號readdatavalid來表示從端口何時向Avalon交換架構(gòu)提供有效的數(shù)據(jù)。 使用了一位的輸出信號readdatavalid即意味著該端口為具有可變延遲的流水線從端口。,4.6流水線傳輸屬性,4.6.2 具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸 可變延遲的流水線從端口讀傳輸?shù)男盘?/p>

41、時序在地址階段同具有固定延遲的流水線讀傳輸是一樣的。 在地址階段之后，具有可變延遲的流水線從端口需要任意的周期數(shù)來返回有效的readdata。當外設(shè)準備好返回數(shù)據(jù)，它就同時發(fā)送readdata和readdatavalid 并且保持信號不變直到下一個clk的上升沿。Avalon交換架構(gòu)在這個clk的上升沿捕獲readdata和readdatavalid，數(shù)據(jù)階段（和整個傳輸）結(jié)束。,4.6流水線傳輸屬性,從端口必須按照它接受地址的相同順序返回readdata。具有可變延遲的流水線從端口必須在地址階段結(jié)束之后至少一個周期以后才能返回readdata。 具有可變延遲的流水線從端口通常使用可變的等待周

42、期。因為，流水線從端口只能處理有限數(shù)目的掛起傳輸。從端口通過發(fā)送waitrequest信號來暫停新的傳輸，直到掛起的傳輸數(shù)目減少為止。,(H) 由于從端口置readdatavalid有效，Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data3。(注意data3需要2個延遲周期才能返回)。Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read,和chipselect，外設(shè)捕獲address5。 (I) 因為從端口置readdatavalid有效，Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data4 。Avalon交換架構(gòu)置chipselect無效，結(jié)束傳輸?shù)年犃小?(J) 因為從端口使readdataval

43、id無效，Avalon交換架構(gòu)在此clk的上升沿不捕獲數(shù)據(jù)。. (K) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data5 ，完成最后的掛起的讀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)階段。,(E) 外設(shè)驅(qū)動有效的readdata (data1)并置readdatavalid有效，完成第一個掛起的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)階段。外設(shè)置waitrequest無效，因為它能在下一個clk的上升沿接受另一次掛起的傳輸。 (F) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data1。從外設(shè)在clk的上升沿捕獲address3。 (G) 因為從端口置readdatavalid有效，Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data2。(注意data1和

44、data2都需要4個延遲周期才能返回)。Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read和chipselect，外設(shè)捕獲address4。,(A) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read和chipselect信號，發(fā)起一個讀傳輸，假設(shè)這時沒有掛起的傳輸。 (B) 從端口沒置waitrequest有效，所以在此clk的上升沿捕獲address1。 (C) 從外設(shè)沒發(fā)出waitrequest，所以在此clk的上升沿捕獲address2。 (D) 從端口已達到允許掛起的傳輸數(shù)的最大值，并且沒有有效的數(shù)據(jù)可供返回。從外設(shè)在下一個clk的上升沿之前置waitrequest有效，從而使Avalo

45、n交換架構(gòu)不能繼續(xù)發(fā)出address、read和chipselect信號。從外設(shè)置waitrequest兩個周期有效，直到它能返回第一個掛起的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。,4.6流水線傳輸屬性,即使從外設(shè)正在處理一個或多個的掛起的讀傳輸，Avalon交換架構(gòu)也可以發(fā)起從端口的寫傳輸。如果從外設(shè)正在處理掛起的讀傳輸而不能處理寫傳輸，從端口必須發(fā)出waitrequest，將寫操作暫停，直到掛起的讀傳輸完成。 帶有可變延遲的流水線傳輸屬性的從端口的限制： （1）具有可變延遲的流水線從端口不能使用固定等待周期的屬性，只支持可變等待周期。 （2）流水線從端口不能使用建立和保持時間的屬性。 （3）具有可變延遲的流水線從端

46、口不能使用三態(tài)屬性。,4.6流水線傳輸屬性,4.6.3 主端口流水線傳輸 流水線主外設(shè)可以在它接收到前一次傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)之前發(fā)起一次新的讀傳輸。使用1位的輸入信號readdatavalid來定義一個流水線主端口。 Avalon交換架構(gòu)發(fā)出readdatavalid信號給主端口來指示readdata信號正在提供有效的數(shù)據(jù)。 在流水線傳輸方式下，在地址階段，除了readdata信號之外，信號時序和順序與Avalon主端口基本讀傳輸是一樣的。 1、主端口必須提供read、address和byteenable，并且在waitrequest信號有效時，保持這些信號不變。 2、地址階段在waitreque

47、st失效的第一個clk的上升沿結(jié)束。 3、主端口在地址階段結(jié)束之后，能夠馬上發(fā)起另一次讀傳輸或者寫傳輸。,4.6流水線傳輸屬性,Avalon交換架構(gòu)始終按照主端口請求的順序來返回有效的數(shù)據(jù)。 在地址階段結(jié)束后，當Avalon交換架構(gòu)發(fā)出readdatavalid信號時，有效數(shù)據(jù)返回。而對于Avalon交換架構(gòu)何時發(fā)出readdatavalid信號沒有時間的限制。 流水線主端口在任意給定的時刻可以有任意數(shù)目的掛起的讀傳輸。外設(shè)支持的掛起讀傳輸?shù)淖畲髷?shù)目由外設(shè)的設(shè)計者決定。,4.6流水線傳輸屬性,流水線主端口能夠有選擇地使用flush信號，當主外設(shè)決定它不再需要當前掛起的讀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的情況下，可以

48、使用這個信號。,4.6流水線傳輸屬性,(A) 主端口提供新傳輸?shù)刂冯A段的address和read信號發(fā)起一次讀傳輸 (B) Avalon交換架構(gòu)置waitrequest有效，所以主端口等待，并再保持address和read一個周期。 (C) Avalon交換架構(gòu)置waitrequest無效，并在clk的上升沿捕獲address。此時readdatavalid無效，所以主端口不捕獲readdata。 (D) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲一個新的address。readdatavalid 此時是無效的，所以主端口不捕獲readdata。 (E) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲

49、address (使得掛起的傳輸數(shù)目達到3個)。readdatavalid 置為有效，主端口捕獲有效的readdata (data 1)。,(F) readdatavalid無效，主端口不捕獲readdata。 (G) readdatavalid無效，主端口不捕獲readdata。 (H) readdatavalid有效，主端口捕獲有效的readdata (data 2)。 (I) 主端口提供新傳輸?shù)腶ddress和read信號。 (J) readdatavalid無效，主端口不捕獲readdata。主端口發(fā)出flush信號，導(dǎo)致Avalon交換架構(gòu)清空所有的掛起的傳輸 (address 3)

50、。Avalon交換架構(gòu)捕獲新的address。 (K) readdatavalid有效， 主端口捕獲有效的readdata (data 4)。此時沒有掛起的傳輸。,4.7 流控制,Avalon流控制信號給從端口提供了調(diào)節(jié)來自主端口的傳輸?shù)臋C制，從而達到從端口指示有效數(shù)據(jù)準備好了或者準備好接收數(shù)據(jù)了，傳輸才開始。 在從端口方面，流控制信號使從端口在傳輸開始前先聲明其已準備就緒。 在主端口方面，具有流控制信號的主端口同意信任從端口的流控制信號, 并等待直到從端口準備好處理傳輸。,4.7 流控制,流控制信號的作用 （1）簡化邏輯設(shè)計，因為主端口不用重復(fù)地查詢從端口以確定從端口是否準備好傳輸。 （2）

51、減少帶寬開銷，因為從端口傳輸只在從端口準備就緒才開始。 （3）允許從端口控制來自或去往非智能主端口的數(shù)據(jù)流，這些外設(shè)無條件地和連續(xù)不斷地發(fā)起傳輸。,4.7 流控制,流控制信號的使用前提 為了使流控制起作用，主從端口對的兩個端口都必須使用流控制。如果其中之一或全都不使用流控制，則傳輸?shù)奶幚硗瑑蓚€端口都沒有流控制時是一樣的。 例如，如果主端口不使用流控制，則從端口控制信號就不能延遲主端口的傳輸。 流控制信號的限制 限制：流控制信號不能用于Avalon三態(tài)端口。,4.7 流控制,4.7.1 具有流控制的從端口傳輸 要使用流控制，從端口使用下面的一個或多個信號：readyfordata、dataava

52、ilable和endofpacket。 具有流控制的從端口就定義為使用一個或多個上述信號的從端口。 流控制屬性不會影響其它信號的順序和時序。,4.7 流控制,4.7.1.1流控制信號 1. readyfordata和dataavailable信號 從端口通過發(fā)送readyfordata來表示它已經(jīng)準備好接受寫傳輸，readyfordata無效表示執(zhí)行寫傳輸將會引起數(shù)據(jù)上溢出。 從端口發(fā)送dataavailable來表示其已經(jīng)準備好提供數(shù)據(jù)給讀傳輸，dataavailable無效表示讀傳輸會使數(shù)據(jù)下溢出。,4.7 流控制,在使用流控制的主從端口對中，在主端口發(fā)起一次傳輸之后，只有當readyfo

53、rdata或dataavailable信號指示從端口已經(jīng)準備好進行這次傳輸時，Avalon交換架構(gòu)才和目的從端口發(fā)起傳輸。當從端口沒有準備好時，Avalon交換架構(gòu)強迫主端口等待。 上兩個信號中的任意一個無效時，都不會阻止Avalon交換架構(gòu)發(fā)起來自不使用流控制的主端口的傳輸。因為這個原因，從端口必須總是準備好開始一次傳輸，不管readyfordata和dataavailable的狀態(tài)如何。,4.7 流控制,2. endofpacket信號 在任何傳輸中，有流控制的從端口能夠發(fā)出endofpacket信號，該信號經(jīng)由Avalon交換架構(gòu)到達主端口。 endofpacket信號的解釋是由外設(shè)設(shè)計

54、決定的，外設(shè)設(shè)計必須說明主端口應(yīng)該如何響應(yīng)endofpacket信號。 例如，endofpacket信號可被用作包的描述器，用來在一個長的數(shù)據(jù)流中標記包的開始和結(jié)束位置。 另外，endofpacket可以指示主端口應(yīng)該停止當前傳輸?shù)男蛄小?4.7 流控制,4.7.1.2 具有流控制的從端口讀傳輸 具有流控制的從端口讀傳輸使用dataavailable和 endofpacket信號。 從端口可以在任何時刻發(fā)出dataavailable信號。當dataavailable有效時，來自具有流控制的主端口的一次新傳輸可以在下一個clk的上升沿開始。 從端口只可以在讀傳輸結(jié)束的時候，置dataavaila

55、ble無效。 如果從端口使用endofpacket信號，它必須保證在其發(fā)出有效的readdata的同一個時鐘上升沿置endofpacket信號有效。,4.7 流控制,本例中，假設(shè)當從端口置dataavailable有效的時候，具有流控制的主端口發(fā)起了一個傳輸隊列，并且主端口接下來繼續(xù)發(fā)起讀傳輸。在傳輸隊列的某個位置，從端口置dataavailable無效，使得Avalon交換架構(gòu)停止發(fā)起傳輸。稍后，從端口再次置dataavailable有效，Avalon交換架構(gòu)繼續(xù)執(zhí)行從端口的讀傳輸隊列。,具有流控制的從端口讀傳輸,4.7 流控制,(A) 傳輸在clk的上升沿開始。 (B) Avalon交換架

56、構(gòu)發(fā)出address和read信號。 (C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，并發(fā)出chipselect信號。 (D) 從端口發(fā)出有效的readdata。Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲readdata 。 (E) 對于chipselect和read有效的每一個周期，從端口產(chǎn)生有效的readdata。 (本例中，address保持不變，但不是所有的設(shè)計都是如此。),具有流控制的從端口讀傳輸,4.7 流控制,(F) 從端口發(fā)出endofpacket 和有效的readdata。 (本例中，從端口在一個周期后置endofpacket無效，但不是所有的設(shè)計都是如此。) 從端口也置dataava

57、ilable無效，強迫Avalon交換架構(gòu)延遲接下來的來自主端口的具有流控制的讀傳輸。 (G) Avalon交換架構(gòu)置address、read和chipselect無效以響應(yīng)dataavailable。 (H) 一段時間之后，從端口置dataavailable有效。,具有流控制的從端口讀傳輸,4.7 流控制,(I) 為了響應(yīng)dataavailable，并且主端口仍在等待傳輸數(shù)據(jù)，Avalon交換架構(gòu)開始一次新傳輸，重新發(fā)出address、read和chipselect。 (J) Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data4。 (K) 從端口在chipselect和read有效的每一個周期

58、發(fā)出有效的readdata。 (L) Avalon交換架構(gòu)置read和chipselect無效，結(jié)束傳輸隊列。 (M) 本例中，dataavailable保持有效，意味著Avalon交換架構(gòu)在任何時候都可以開始另一次讀傳輸。,具有流控制的從端口讀傳輸,4.7 流控制,4.7.1.3. 具有流控制的從端口寫傳輸 具有流控制的從端口寫傳輸使用readyfordata和endofpacket信號。 從端口可以在任何時刻，將readyfordata由低電平置為高電平有效。當readyfordata有效時， 在下一個clk的上升沿，來自具有流控制的主端口的傳輸開始。在寫傳輸結(jié)束時，從端口必須將ready

59、fordata由高電平置為低電平， 這樣的話，該信號能立即對隨后的傳輸起作用。 如果從端口使用endofpacket信號，它必須保證在其捕獲writedata的同一個時鐘上升沿endofpacket有效。,4.7 流控制,本例中，假設(shè)當從端口置readyfordata有效時，具有流控制的主端口已經(jīng)發(fā)起了一個傳輸隊列，并且接下來主端口繼續(xù)發(fā)起寫傳輸。 在傳輸隊列的某處，從端口置readyfordata無效，導(dǎo)致Avalon交換架構(gòu)停止發(fā)起來自主端口的傳輸。稍后，從端口再次置readyfordata有效，Avalon交換架構(gòu)繼續(xù)從端口的寫傳輸隊列。本例中，數(shù)據(jù)寫入一個固定的從端口地址，這是I/O外設(shè)常見情況。,具有流控制的從端口寫傳輸,4.7 流控制,(A) 在clk的上升