AvalonST總線規(guī)范

1、Avalon-ST總線規(guī)范6.1介紹Avalon流傳輸(Avalon-ST)接口可以被用戶用來作為各組件的數(shù)據(jù)通信接口，該接口具有高帶寬、低延時和非雙向的特點(diǎn)。典型應(yīng)用場合包括多數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)包和DSP數(shù)據(jù)的傳輸。Avalon-ST接口信號可以被描述成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流接口，即支持傳輸單個數(shù)據(jù)流而不需關(guān)心通道數(shù)和數(shù)據(jù)包的大小范圍。接口也支持更加復(fù)雜的協(xié)議，包括突發(fā)傳輸，和數(shù)據(jù)包在多個通道間交錯傳輸?shù)裙δ堋D6.1顯示了典型的Avalon-ST接口應(yīng)用。圖6.1 Avalon-ST接口典型例子所有的Avalon-ST源端口和目標(biāo)端口不可以與第三個端口互相相連（譯者注：只能兩兩相連）。但是，如果兩個端口對

2、一個應(yīng)用空間提供了兼容的功能，自適應(yīng)邏輯可以允許這些端口互連。 性能指標(biāo)下面是Avalon-ST的一些突出的性能指標(biāo)：n 低延遲，高吞吐量的點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸n 支持多通道傳輸和靈活的在多個通道間交錯傳輸n 單邊的信號傳輸信道，提供數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包開始和結(jié)束的標(biāo)志n 支持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)傳輸n 自適應(yīng)接口 術(shù)語和概念本節(jié)定義了Avalon-ST總線協(xié)議中的術(shù)語和協(xié)議。n Avalon-ST流傳輸系統(tǒng)Avalon流傳輸系統(tǒng)包括一個或多個Avalon-ST端口，用來發(fā)送或接收數(shù)據(jù)流。流傳輸系統(tǒng)如圖6.1所示。包括Avalon-ST接口，用來從系統(tǒng)輸入端接收數(shù)據(jù)并傳輸?shù)捷敵龆?；和Avalon-MM接口，用來允

3、許軟件控制其中的控制和狀態(tài)寄存器。n Avalon-ST流傳輸組件典型的系統(tǒng)中，使用Avalon-ST接口連接的多個功能模塊叫做組件。設(shè)計者需要同時配置組件和接口，以完成一個系統(tǒng)。n 源端口、目標(biāo)端口和連接當(dāng)兩個組件連接時，數(shù)據(jù)從源端口流向目標(biāo)端口。源端口和目標(biāo)端口的互連叫做連接。n 反饋反饋是一種機(jī)制，目標(biāo)端口可以發(fā)送信號，使得發(fā)送端口停止發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)目標(biāo)組件的FIFO已經(jīng)是滿狀態(tài)或者它的輸出口被阻塞時，目標(biāo)端口通常使用反饋信號停止數(shù)據(jù)流?？偩€對反饋的支持是可選的。n 傳輸周期和準(zhǔn)備周期傳輸是從指數(shù)據(jù)和控制信號從源端口傳到目標(biāo)端口的操作。對于數(shù)據(jù)接口來說，準(zhǔn)備周期指目標(biāo)端口等待的周期數(shù)，以保

4、證可以接收傳輸。n 通道通道指物理或者邏輯上的路徑或者連接，信息由通道從一個端口到達(dá)另一個端口。n 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包指一起發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制信號的集合。一個數(shù)據(jù)包可能包括一個包頭，使得路由器或者其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將數(shù)據(jù)包發(fā)送到正確的目標(biāo)端。本規(guī)范不定義數(shù)據(jù)包的格式，而是由應(yīng)用程序定義。Avalon-ST的數(shù)據(jù)包的長度可變，可以在多個通道間交錯傳輸。在Avalon-ST接口中，數(shù)據(jù)包的使用是可選的。6.2 Avalon-ST接口信號在Avalon-ST總線的源端口和目標(biāo)端口的每個接口信號對應(yīng)一個Avalon-ST的信號類型。Avalon-ST的接口可能只包含一個實(shí)例模塊的信號。所有的Avalon-ST的信

5、號類型在源端口和目標(biāo)端口的含義都是相同的。表6.1列出了構(gòu)成一個Avalon-ST的數(shù)據(jù)接口的信號類型。表6.1 Avalon-ST接口信號信號類型寬度方向必須描述基本信號ready1目標(biāo)-源否高時，表明目標(biāo)端口可以接收數(shù)據(jù)。目標(biāo)端口在周期<n>拉高ready信號，表示周期<n+readyLatency>為準(zhǔn)備完成的周期。在此期間，源端口可以使valid有效并傳輸數(shù)據(jù)。源端口在沒有ready信號輸入時不能被反饋。同樣的，目標(biāo)端口在沒有ready信號輸出時不能發(fā)送反饋。valid1源-目標(biāo)否valid信號置高表示源端到目的端的信號是有效的。在vaild剛被置高后的準(zhǔn)備周期

6、，目的端采集數(shù)據(jù)總線和其他源端到目的端的信號，而在其他周期時候這些信號將會被忽略。data1-256源-目標(biāo)否數(shù)據(jù)信號從源端口發(fā)送到目標(biāo)端口，一般的數(shù)據(jù)包從通過data信號發(fā)送。data信號的內(nèi)容和格式將在后面的參數(shù)中定義。channel0-8源-目標(biāo)否定義了本周期發(fā)送數(shù)據(jù)的通道數(shù)。如果一個接口支持channle信號，則必須定義maxChannel參數(shù)。error1-255源-目標(biāo)否二進(jìn)制位組合的形式，用來標(biāo)記本周期正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的的錯誤。error中的單個位對應(yīng)的錯誤由模塊的errorDescriptor屬性定義。包傳輸信號startofpacket1源-目標(biāo)否源端口置高表明數(shù)據(jù)包的開始e

7、ndofpacket1源-目標(biāo)否源端口置高表明數(shù)據(jù)包的結(jié)束empty1源-目標(biāo)否數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束的周期指示本數(shù)據(jù)包中的空符號的數(shù)目。在一次傳輸中如果只有一個符號，empty信號是無用的。如果endofpacket沒有置高，本信號無效。 信號極性表6.1所示的所有信號均為高電平有效。 信號時序本節(jié)介紹Avalon-ST信號時序等問題。.1 同步接口Avalon-ST連接的所有傳輸均在關(guān)聯(lián)時鐘的上升沿發(fā)生。從源端口輸出到目的端口的所有信號必須在時鐘的上升沿從寄存器輸出，包括data，channel和error信號。輸入到目的端口的信號不需要寄存器鎖存。在源端口寄存器輸出信號保證了高頻率的數(shù)據(jù)操作，同

8、時消除了模塊到模塊的非反向邏輯寄存器。.2 時鐘使能Avalon-ST組件通常不包括時鐘使能輸入，因?yàn)锳valon-ST本身的接口信號就可以決定本組件是否正在被使能。配合Avalon-ST總線的組件可能包括一個供內(nèi)部邏輯使用的時鐘使能輸入，但是必須小心設(shè)計，保證接口控制信號的時序仍然符合協(xié)議的要求。6.3 Avalon-ST接口屬性表6.2列出了構(gòu)成Avalon-ST接口的特性。表6.2 Avalon-ST接口屬性屬性名稱默認(rèn)值允許數(shù)值范圍描述dataBitsPerSymbol81-512定義了每一個符號包含的二進(jìn)制位數(shù)。例如，面向字節(jié)的接口有8位寬度的符號。這個值不一定是2的整數(shù)冪。read

9、yLatency00-8定義了ready信號的有效/無效與準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間關(guān)系，每個接口的設(shè)置都是獨(dú)立的。maxChannel00-255本接口支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ǖ罃?shù)。errorDescriptor0字符串列表一個字符列表描述了錯誤和error信號的比特位的對應(yīng)關(guān)系。列表的長度必須和error信號比特位的數(shù)目一致，列表的第一個字符串對應(yīng)的是error中的最高位。例如，一個信號表中的單詞的錯誤的描述有點(diǎn)錯誤關(guān)聯(lián)的每個。該信號的長度是錯誤的列表必須相同，因?yàn)樵跀?shù)位和第一個單詞的列表中適用的最高位。例如，"crc overflow"表明error信號的bit1表明的是CR

10、C錯誤，bit0表明的是溢出錯誤。6.4 基本數(shù)據(jù)傳輸本節(jié)定義了從一個源端口到目標(biāo)端口的數(shù)據(jù)傳輸。在所有情況下，數(shù)據(jù)的源端口和目標(biāo)端口都必須符合規(guī)范。目標(biāo)端口沒有責(zé)任檢測協(xié)議上的錯誤。 信號的具體細(xì)節(jié)本節(jié)介紹了數(shù)據(jù)傳輸必須遵守的基本Avalon-ST協(xié)議。它突出了設(shè)計的靈活性，選擇Avalon-ST，可以滿足用戶特定的需求。圖6.1顯示了基本的Avalon-ST接口的信號。如圖所示，基本的Avalon-ST接口信號包括從 valid，data，error和channel。目標(biāo)端口可以使用ready信號用于反饋。圖6.2 標(biāo)準(zhǔn)的Avalon-ST接口信號以下的內(nèi)容介紹了接口信號的更多細(xì)節(jié)。n r

11、eady當(dāng)接口支持反饋時，目標(biāo)端口將ready信號置高提示ready周期開始，實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)的周期可能發(fā)生變化。支持反饋的數(shù)據(jù)接口必須定義readyLatency參數(shù)，以便確定：當(dāng)ready信號在<n>周期置高時，那么<N+readyLatency>周期時端口做好準(zhǔn)備。n valid在數(shù)據(jù)正在從源端口向目標(biāo)端口傳輸?shù)娜魏沃芷?，valid信號表明了本周期數(shù)據(jù)有效。在所有形式的ST接口，valid信號都是必須的。在每個valid信號有效的周期，目標(biāo)端口會采樣數(shù)據(jù)信號和其他源端口到目標(biāo)端口的信號。n datadata信號一般用來傳輸由源端口到目的端口的大部分?jǐn)?shù)據(jù)。在每一個時鐘周

12、期，一個或者更多的符號被傳輸出去。dataBitsPerSymbol參數(shù)定義了數(shù)據(jù)被分成幾個符號。n errorError信號的每一個比特位對應(yīng)一個可能的錯誤狀態(tài)。error為0時表明本周期的數(shù)據(jù)沒有錯誤。當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，本協(xié)議沒有定義組件對這些錯誤的處理方法。n channelchannel是源端口發(fā)向目標(biāo)端口的可選信號，表明本次數(shù)據(jù)屬于哪個通道。對于一個給定的端口，channel的意義取決于應(yīng)用程序：一些應(yīng)用程序使用channel作為端口號，而其他應(yīng)用程序使用channel作為頁編號或者時間碼或時間編號。源端口可能在一個活動周期內(nèi)改變channel的值。n 接口如果使用channel信號，則

13、必須定義maxChannel參數(shù)，以確定最大的通道數(shù)。如果組件在運(yùn)行時接口改變了channel值，maxChannel是接口支持的channel信號的最大值。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符號排列使用大端格式，即編號較大的符號排在最高位。圖6.3顯示了一個64比特寬度的信號，此時對應(yīng)參數(shù)為symbolsPerBeat=4 dataBitsPerSymbol=16。圖6.3 數(shù)據(jù)符號（Data Symbols）時序圖見下圖6.4。圖中對應(yīng)的參數(shù)為 dataBitsPerSymbol=8 symbolsPerBeat=4。圖中，D0是編號最高的符號，data31是這個符號的最高位。圖6.4 大端格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6.5

14、無反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸無反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸是Avalon-ST數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。在任何的時鐘周期，源端口驅(qū)動data信號以及可選的channel error信號，并拉高valid信號。當(dāng)valid信號為高時，目的端口在時鐘上升沿采樣data、channel、error信號。圖6.5顯示了一個無反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦印D6.5 無反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸6.6 帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸目的端口在有效傳輸時拉高ready信號一個時鐘周期，以提示源端口自己已經(jīng)準(zhǔn)備完成。目的端口準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘周期稱為ready周期。在ready周期，源端口可能拉高valid信號并發(fā)送數(shù)據(jù)到目的端口。如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，源端口

15、一直保持valid信號為低，此時data信號可以為任意值。支持反饋的ST接口定義了readyLatency參數(shù)，表明從ready信號有效到源端口可以發(fā)送有效數(shù)據(jù)的延時周期數(shù)。目的端口準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘周期稱為ready周期。如果一個接口定義readyLatency為0，那么ready信號拉高的周期即為ready周期。如果readyLatency不為0，當(dāng)ready信號在<n>周期拉高，接口會認(rèn)為<N+readyLatency>周期為ready周期。任何包含ready信號并定義了readyLatency參數(shù)的ST接口模式都支持反饋傳輸。當(dāng)readyLatency為0時，

16、數(shù)據(jù)只在ready信號和valid信號同時拉高時傳輸。在這種操作模式下，在開始發(fā)送有效數(shù)據(jù)前，源端口不會接收到目標(biāo)端口的ready信號。目的端口可以接收數(shù)據(jù)時拉高ready，源端口等待ready信號為高時，發(fā)送數(shù)據(jù)并拉高valid信號。源端口可以在任何時候改變發(fā)送的數(shù)據(jù)。目的端口只能在ready信號和valid信號同時為高時捕捉數(shù)據(jù)的data信號。當(dāng)readyLatency參數(shù)大于等于1時，目的端口在自身準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)前拉高ready信號。源端口可以在合適的時鐘周期拉高valid以做出響應(yīng)。源端口可能在ready信號不為高時拉高valid。圖6.6顯示了readyLatency為4時的Aval

17、on-ST接口時序。圖6.6 readyLatency為4時的Avalon-ST接口時序圖6.7顯示了一個readyLatency=0時帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸。源端口在周期1拉高valid信號并輸出數(shù)據(jù)，雖然目的端口并沒有準(zhǔn)備好；源端口等待到周期2時，目的端口拉高ready信號，此時沒有發(fā)送新的數(shù)據(jù)；在周期3，源端口發(fā)送數(shù)據(jù)，此時目的端口已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，此時數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生；在周期4，目的端口拉高ready信號，但是源端口沒有輸出有效數(shù)據(jù)。圖6.7 readyLatency為0時帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸圖6.8和6.9顯示了readyLatency為1和2時，帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸。在這兩種情況下，r

18、eady信號在ready周期前拉高，同時源端口在1個或2個時鐘周期后輸出數(shù)據(jù)并拉高valid信號以響應(yīng)目標(biāo)端口。當(dāng)readyLatency為0時，如果沒有ready信號，源端口必須置valid信號無效。目標(biāo)端口將在valid信號為高時捕捉信號，無論ready信號為何值。圖6.8 readyLatency為1時帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸圖6.9 readyLatency為2時帶反饋信號的數(shù)據(jù)傳輸6.7 數(shù)據(jù)包傳輸包傳輸屬性增加了從源端口到目的端口傳輸數(shù)據(jù)包的支持。增加定義的三個信號用于實(shí)現(xiàn)包傳輸。源端口和目的端口都必須增加這些信號。當(dāng)源端口和目的端口不同時支持包傳輸時，不能將兩者直接相連。圖6.10 Avalon-ST包傳輸信號 信號的具體細(xì)節(jié)本節(jié)介紹了這三個信號的具體細(xì)節(jié)。n startofpacketstartofpacket在所有的支持包傳輸接口中都是必須的，以確定包頭數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘周期。該信號的值僅在valid信號拉高時有意義。n endofpacketendofpacket在所有的支持包傳輸接口中都是必須的，以確定包尾數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘周期。該信號的值僅在