Avalon總線與自定義外設(shè)

1、6/6Avalon總線valon總線是一種將片上處理器和外設(shè)連接成片上可編程系統(tǒng)（SOC)的一種簡單總線結(jié)構(gòu)。Avaln總線是一種接口方式，它規(guī)定了主從設(shè)備之間的接口方式及其通信時序。Avalon端口：由一組Avlon信號組成的用于Avaon總線模塊和外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柦涌?。主端口是主外設(shè)用于在Aalon總線上發(fā)起傳輸?shù)囊唤M信號,從端口是外設(shè)用于接收來自另一個vln外設(shè)主端口的總線傳輸?shù)囊唤M信號。An總線模塊：是SOPC設(shè)計中外設(shè)之間通信的主要信道，由各類控制、數(shù)據(jù)和地址信號以及仲裁邏輯組成將構(gòu)成系統(tǒng)模塊的外設(shè)連接起來，組成更大的系統(tǒng).Avaon信號類型:任何一個連接到Avlon總線模

2、塊的外設(shè)都只保留該外設(shè)內(nèi)部邏輯與Avalon總線模塊連接所需要的信號。一個外設(shè)可以保留較少信號實現(xiàn)簡單傳輸,也可以保留較多信號實現(xiàn)復(fù)雜傳輸。Av信號時序：alon總線是一個全同步總線,每個Avalo端口都與Avalon模塊的時鐘同步,所有數(shù)據(jù)的傳輸也都同步于這個時鐘。對于同步設(shè)計，Avaln外設(shè)必須只對時鐘上升沿時刻保持穩(wěn)定的信號作出響應(yīng)，并產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號.Avaln總線規(guī)范定義了aalon支持的下列總線傳輸特性：固定或可變的等待周期(僅限于從端口）;帶固定延遲或可變延遲的流水線傳輸特性；建立時間和保持時間（僅限于從端口）；突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸；流控制;三態(tài)。Avalon基本傳輸： 對于從端口基本

3、傳輸：（1)無等待周期的基本從端口讀傳輸只適用于完全異步的從外設(shè)，從外設(shè)必須在被選中或者地址變化時立即向Avalon總線模塊提供數(shù)據(jù)。鎖存輸入或輸出端口的同步外設(shè)不能用無等待周期的基本從端口讀傳輸。(2)理想情況下，基本從端口傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)吞吐量是每個總線時鐘周期傳送一個數(shù)據(jù)單元,插入n個等待周期后，變?yōu)槊縩個周期傳輸一個數(shù)據(jù)單元。具有單個等待周期的讀傳輸一般用于片上的同步外設(shè)，使外設(shè)具有至少一個完整總線周期向von模塊提供返回數(shù)據(jù)。（)具有可變等待周期的讀傳輸要求從端口使用waitrequet輸出信號；在第一個周期內(nèi)置waitreqest有效，avlon總線模塊被掛起,從端口置witreqe

4、st無效后的第一個總線時鐘上升沿開始捕獲數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)可以在置wairequet無效的那個周期給定。若使用可變周期的從端口既要讀傳輸又要寫傳輸，則必須使用可變的等待周期。若從端口使用可變等待周期，就不能具有建立時間和保持時間,因為外設(shè)可以在片內(nèi)同步產(chǎn)生witrques信號.（）一些片外的異步外設(shè)，在信號來之前,Adrs和hselct信號需要穩(wěn)定一段時間，這段時間稱為建立時間。讀傳輸和寫傳輸?shù)慕r間相同.建立時間不能和可變等待周期共存。寫傳輸還需要保持時間，在wrie信號失效后，dss、beenable、wrdaa、cpselect、信號需要保持一段時間.讀傳輸所需周期 =n周期建立時間 + m周

5、期等待時間 + 1周期捕獲數(shù)據(jù)時間寫傳輸所需周期 n周期建立時間 + 周期等待時間 + p周期保持時間 + 1周期捕獲數(shù)據(jù)時間對于基本主端口傳輸：在發(fā)起傳輸之前置所有信號有效,等待直到lon總線模塊使aitrquest無效,才繼續(xù)數(shù)據(jù)傳輸.若要讀取的數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好，valon模塊置等待請求使主端口暫停直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，因此主端口所帶的等待周期一定是可變的，不存在帶建立時間和保持時間的主端口傳輸.無等待周期的基本主端口傳輸通常只適用目標(biāo)從外設(shè)是異步的且無延遲。Aln流水線傳輸模式只存在流水線讀傳輸模式，不存在流水線寫傳輸模式。流水線傳輸分為地址階段和數(shù)據(jù)階段,主端口在地址階段提供地址來發(fā)起一次傳輸，

6、從端口在數(shù)據(jù)階段提交數(shù)據(jù)完成傳輸。流水線延遲是指從地址階段(捕獲地址所需的時鐘周期數(shù)）結(jié)束到數(shù)據(jù)階段結(jié)束所需要的時間，即數(shù)據(jù)的持續(xù)時間。地址階段的持續(xù)時間決定一個端口的吞吐量,數(shù)據(jù)階段的持續(xù)時間只反映第一個有效數(shù)據(jù)單元返回所需要的時間.地址階段期間，從端口可以使用建立時間和等待周期，等待周期結(jié)束后的第一個時鐘上升沿，地址階段結(jié)束,從端口必須在地址階段的最后一個時鐘上升沿捕獲地址信號,在地址階段不返回有效數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)階段,外設(shè)經(jīng)過個總線時鐘周期的固定延遲來處理address信號,并產(chǎn)生有效返回數(shù)據(jù)。從端口必須保證獲得ddss之后的第n個總線時鐘上升沿提供有效readdata。(n為數(shù)據(jù)階段長度）

7、具有可變延遲的流水線讀傳輸需要readdtaaid信號，標(biāo)示從端口何時提供有效數(shù)據(jù)到aaln總線模塊。具有可變延遲的流水線從端口必須在捕獲adrss之后的至少一個時鐘周期再返回data.帶流水線傳輸?shù)膹亩丝诘南拗疲海?）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口不能使用三態(tài)屬性。主端口流水線模式傳輸需要fush信號，用于清空當(dāng)前掛起的操作。Alo流傳輸模式流控制信號不能用于aalon三態(tài)端口。流傳輸模式為從端口提供了一種機制，用以控制來自主端口的傳輸，以至于只有當(dāng)從端口指示數(shù)據(jù)有效或

8、者接收數(shù)據(jù)時，才開始傳輸。從端口通過設(shè)置readyfordata有效來表示它已準(zhǔn)備好接受來自Aalon總線模塊的寫傳輸,eadya無效會引起寫數(shù)據(jù)上溢;從端口通過設(shè)置dataaaale有效來表示它已能夠為來自Avo總線模塊的讀傳輸提供數(shù)據(jù)，atavall無效會導(dǎo)致讀操作將引起數(shù)據(jù)下溢。在任何傳輸期間，流模式從端口可以設(shè)置enofpackt信號有效，對于endofpacket信號的解釋取決于用戶設(shè)計，例如，enfpacket可以用作包描述器,使得主外設(shè)能在一個長的數(shù)據(jù)流中知道包的開始與結(jié)束位置。此外，npact也可設(shè)計為用來中斷傳輸流,迫使主端口稍后繼續(xù)進行讀或?qū)憘鬏?。流模式主端口傳輸只引入了e

9、fpacke一個信號。Aval三態(tài)傳輸Aalon總線的三態(tài)特性允許基于aln的系統(tǒng)直接與片外設(shè)備相連。三態(tài)從端口使用雙向data信號,而不是分離的raddata和wtedta。Avalo總線模塊將otputenable置為有效時，aao三態(tài)從端口必須驅(qū)動da信號,Avln總線模塊將outputeb置為無效時，daa必須被置為高阻態(tài)。使用aalon三態(tài)接口的各個外設(shè)必須使用各自的chipselect信號。三態(tài)從端口支持固定延遲，不支持可變延遲的流水線傳輸，也不能使用流控制信號，不支持突發(fā)傳輸。三態(tài)從端口的addrss信號表示一個字節(jié)的地址,如果三態(tài)從端口數(shù)據(jù)寬度超過一個字節(jié),就必須將vlon總線

10、模塊上的address信號正確地映射到從外設(shè)的地址線上。Aaon總線模塊只在讀傳輸時將ouutenble置為有效。對于沒有使用流水線傳輸?shù)娜龖B(tài)端口，outpuenal和read信號一樣，對于使用流水線傳輸?shù)娜龖B(tài)端口，avl總線模塊僅在地址階段設(shè)置rd信號有效，在傳輸?shù)淖詈蟮臅r鐘上升沿設(shè)置outptnable有效.Avalon總線模塊通過三態(tài)從端口直接與異步的片外存儲器相連時不需要lk信號,使用hislec、red、rite信號來同步傳輸操作.三態(tài)從端口流水線傳輸適合于連接片外同步存儲設(shè)備。Aln主端口使用雙向da信號代替分離的raddata和riteata信號，aalon主端口不能與其他三態(tài)主

11、端口共享ata和ads線.Aval三態(tài)主端口限制:不支持流水線傳輸；不能使用流傳輸控制信號；不支持突發(fā)傳輸。Aalon突發(fā)傳輸突發(fā)傳輸一次進行多個數(shù)據(jù)單元的傳輸,而不僅僅是把每個數(shù)據(jù)單元作為一次單獨的傳輸，提高了從端口的數(shù)據(jù)吞吐量。突發(fā)傳輸中主端口對從端口的訪問不能被中斷.使用bursount信號支持突發(fā)傳輸,信號寬度232位；最小值為1，為1時,相當(dāng)于單次非突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸;突發(fā)傳輸開始時，信號提供一個經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù),用來標(biāo)示當(dāng)前突發(fā)中有多少次連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸；對一個寬度為N的buscut信號，它能表示的最大突發(fā)長度為2的(）次冪,brstcoun最高位為1,其余位為。對一個支持突發(fā)傳輸?shù)亩丝诘南?/p>

12、制：主端口為了支持突發(fā)讀傳輸,必須支持流水線傳輸模式，不支持帶可變延遲的流水線傳輸,不能具有三態(tài)特性；從端口為了支持突發(fā)讀傳輸，必須支持可變的等待周期，必須使用watequet信號,不支持具有建立時間和保持時間的傳輸。突發(fā)傳輸開始時，主端口設(shè)置一個有效地址，并將數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)的值賦給brscount信號.對地址為A,rstcoun值為B的突發(fā)傳輸，從端口必須從A地址開始進行連續(xù)B次數(shù)據(jù)傳輸，傳輸完畢突發(fā)才算結(jié)束。每個突發(fā)傳輸從端口只捕獲一次地址，從該地址開始，外設(shè)判斷地址方式，若為本地地址對齊，則突發(fā)傳輸中地址保持不變，若為動態(tài)地址對齊，每次數(shù)據(jù)傳輸后地址增1.地址對齊方式：本地地址對齊和動態(tài)地

13、址對齊一般情況下，存儲器外設(shè)如SDRM控制器使用動態(tài)地址對齊方式，aalon總線模塊訪問內(nèi)部邏輯的接口，如串行I外設(shè)等使用本地地址對齊方式。采用地址對齊方式,主端口單個傳輸精確對應(yīng)從端口的傳輸;主端口寬度寬于從端口時，從端口數(shù)據(jù)單元存放在主端口數(shù)據(jù)單元的低位，主端口數(shù)據(jù)單元高位無效.地址對齊方式只對主端口有影響，它定義了從外設(shè)數(shù)據(jù)單元在主端口地址空間出現(xiàn)的位置。若傳輸主從端口數(shù)據(jù)寬度不一致，avln模塊將動態(tài)處理數(shù)據(jù)，這種方式為動態(tài)地址對齊，當(dāng)寬的主端口訪問窄的從端口時，avlo總線模塊需要執(zhí)行多次從端口讀傳輸，直至填滿主端口數(shù)據(jù)寬度。若主端口窄，將指定從外設(shè)合適的字節(jié)段來完成數(shù)據(jù)傳輸。自定義

14、外設(shè)Avalon外設(shè)的開發(fā)步驟如下： （）規(guī)劃元件的硬件功能。如果采用微控制器來控制該元件，則規(guī)劃訪問該硬件的應(yīng)用程序接口(PI）; (2）在硬件和軟件要求的基礎(chǔ)上，定義一個恰當(dāng)?shù)膙alon接口（一般為Al從端口)； ()使用硬件描述語言描述硬件邏輯。一個典型元件的硬件架構(gòu)一般3部分組成：接口模塊(alo interce）作為頂層模塊,定義總線接口信號；寄存器文件模塊(regiserfile）完成該元件與外部信號進行通信，提供訪問與控制元件的邏輯界面；行為模塊(task oic）實現(xiàn)元件的硬件功能。片上總線AvaIo從端口的信號都不是必須的。（4）單獨驗證元件的硬件功能； (5）寫用于描述寄存器的C頭文件來為軟件定義硬件寄存器映像； （）寫元件的驅(qū)動軟件； (7）把通過測試的源代碼使用元件編輯器封裝硬件和軟件文件,完成元件定制。