嵌入式技術(shù)概述Avalon總線規(guī)范介紹

2024/3/11嵌入式技術(shù)概述Avalon總線規(guī)范介紹Avalon總線規(guī)范介紹（二）

Avalon主端口傳輸 Avalon流水線傳輸 Avalon流控制傳輸

3/11/2024Avalon主端口傳輸

Avalon主端口信號主端口讀傳輸主端口寫傳輸主端口的等待周期、建立時間、保持時間屬性3/11/2024Avalon主端口傳輸 Avalon主端口信號

主端口傳輸常用的信號：

1）waitrequest信號 2）address信號 2）readdata、writedata信號 3）read、write信號 4）byteenable信號主端口輸入信號主端口服從waitrequest信號主端口只提供與主端口數(shù)據(jù)寬度的字邊界對齊的地址：如32位主端口只提供與4個字節(jié)邊界對齊的地址：0x00，0x04，0x08對字中的特定字節(jié)訪問，采用byteenable信號信號寬度必須是8、16、32、64、128、256、512、1024同時使用，寬度必須相同指示主端口何時開始新的讀寫傳輸信號可以持續(xù)保持指示大于8位的主端口訪問的特定字節(jié)段3/11/202432位主端口byteenable信號byteenable[3..0]寫操作1111全32位寫操作00112個低字節(jié)的寫操作11002個高字節(jié)的寫操作0001字節(jié)0的寫操作0010字節(jié)1的寫操作0100字節(jié)2的寫操作1000字節(jié)3的寫操作Avalon主端口傳輸Byteenable的每一位對應(yīng)writedata的一個字節(jié)段3/11/2024Avalon主端口傳輸

Avalon主端口信號主端口讀傳輸主端口寫傳輸主端口的等待周期、建立時間、保持時間屬性3/11/2024Avalon主端口傳輸 主端口讀傳輸

主端口基本讀傳輸由主外設(shè)發(fā)起，從Avalon交換架構(gòu)傳輸一個數(shù)據(jù)單元到主端口。傳輸在一個時鐘周期內(nèi)完成。

(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。waitrequest信號無效3/11/2024(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。另一次傳輸可以在下一個周期開始。

具有等待周期的主端口讀傳輸

Avalon交換架構(gòu)利用waitrequest信號暫停主端口3/11/2024Avalon主端口傳輸

Avalon主端口信號主端口讀傳輸主端口寫傳輸主端口的等待周期、建立時間、保持時間屬性3/11/2024Avalon主端口傳輸

主端口寫傳輸

主端口基本寫傳輸由Avalon主外設(shè)發(fā)起，傳輸需要一個時鐘周期。

3/11/2024(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

waitrequest信號無效3/11/2024(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。(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。具有等待周期的主端口寫傳輸Avalon交換架構(gòu)利用waitrequest信號暫停主端口3/11/2024Avalon主端口傳輸

Avalon主端口信號主端口基本讀傳輸主端口基本寫傳輸主端口的等待周期、建立時間、保持時間屬性3/11/2024Avalon主端口傳輸 主端口的等待周期、建立時間、保持時間屬性

等待周期：Avalon主端口使用waitrequest信號接受Avalon交 換架構(gòu)的不確定等待周期。Avalon主端口被動地支 持可變的等待周期，主端口不支持固定的等待周期

建立時間和保持時間：Avalon主端口不使用建立和保持時間 屬性。

若一個目標(biāo)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。3/11/2024Avalon總線規(guī)范介紹（二）

Avalon主端口傳輸 Avalon流水線傳輸 Avalon流控制傳輸

3/11/2024(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、byteenable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

從端口基本寫傳輸適用于片內(nèi)同步外設(shè)3/11/2024

具有一個等待周期的從端口讀傳輸時序圖具有一個等待周期的從端口讀傳輸通常用于片內(nèi)同步外設(shè)具有多個等待周期的從端口讀傳輸與一個等待周期的情況類似3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸可增加Avalon總線的帶寬: 1)傳輸響應(yīng)方：第一次訪問時需要幾個周期才能返回數(shù)據(jù)，但此后每個周期都能返回數(shù)據(jù)； 2)傳輸發(fā)起方：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。Avalon流水線傳輸只涉及流水線讀傳輸3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸

傳輸階段劃分與各階段的持續(xù)時間

地址階段：決定了端口的吞吐量，用等待周期描述

數(shù)據(jù)階段：反映了第一個數(shù)據(jù)單元返回的時間，用

流水線延遲描述3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸 從端口流水線讀傳輸

主端口流水線讀傳輸具有固定延遲的從端口流水線讀傳輸具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸

從端口流水線讀傳輸

主端口流水線讀傳輸具有固定延遲的從端口流水線讀傳輸具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸3/11/2024(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)從端口置waitrequest有效，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，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(biāo)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)Avalon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。等待周期：支持固定等待周期或可變等待周期，可變等待周期通過waitrequest信號實現(xiàn)流水線延遲：設(shè)置固定的延遲周期數(shù)3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸

從端口流水線讀傳輸

主端口流水線讀傳輸具有固定延遲的從端口流水線讀傳輸具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸3/11/2024(A)Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read和chipselect信號，發(fā)起一個讀傳輸。(B)Waitrequest無效，在此clk的上升沿捕獲address1。(C)Waitrequest無效，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。從外設(shè)在下一個clk的上升沿之前置waitrequest有效，使Avalon交換架構(gòu)不能繼續(xù)發(fā)出address、read和chipselect信號。(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)readdatavalid有效，Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data2。Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read和chipselect，外設(shè)捕獲address4。(H)readdatavalid有效，Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲data3。Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、read,和chipselect，外設(shè)捕獲address5。(I)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)readdatavalid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。數(shù)據(jù)階段的可變延遲通過readdatavalid信號實現(xiàn)具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸：地址階段不支持固定等待周期，只支持可變等待周期其他限制：不能使用建立時間和保持時間屬性不能使用三態(tài)屬性3/11/2024Avalon流水線傳輸

需注意的兩個問題： 1）流水線從端口只能處理有限數(shù)量的掛起傳輸，可掛起傳輸根據(jù)從端口的傳輸FIFO容量設(shè)置，從端口可通過發(fā)送waitrequest信號來暫停新的傳輸，以防止數(shù)據(jù)溢出； 2）從外設(shè)在處理掛起的讀傳輸?shù)耐瑫r，Avalon交換架構(gòu)可以發(fā)起從端口寫傳輸，若外設(shè)不能處理，必須發(fā)出waitrequest信號；若從外設(shè)接受了向掛起的讀傳輸?shù)南嗤刂穲?zhí)行的寫傳輸，則掛起的讀傳輸?shù)闹等Q于外設(shè)的邏輯設(shè)計。3/11/2024Avalon流水線傳輸

Avalon流水線傳輸 從端口流水線讀傳輸

主端口流水線讀傳輸具有固定延遲的從端口流水線讀傳輸具有可變延遲的從端口流水線讀傳輸3/11/2024(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，主端口等待，保持address和read一個周期。(C)Avalon交換架構(gòu)置waitrequest無效，在clk的上升沿捕獲address。readdatavalid無效，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無效，主端口不捕獲readdata。(E)Avalon交換架構(gòu)在clk的上升沿捕獲address。readdatavalid有效，主端口捕獲有效的readdata。(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。(I) 主端口提供新傳輸?shù)腶ddress和read信號。同時置flush信號，忽略不需要的掛起傳輸(J) readdatavalid無效，主端口不捕獲readdata。因主端口發(fā)出flush信號，導(dǎo)致Avalon交換架構(gòu)清空所有的掛起的傳輸。Avalon交換架構(gòu)捕獲新的address。(K) readdatavalid有效，主端口捕獲有效的readdata。此時沒有掛起的傳輸。Avalon交換架構(gòu)發(fā)出waitrequest信號暫停主端口新的讀傳輸Avalon交換架構(gòu)通過datavalid信號指示有效數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好主端口通過flush信號忽略掛起的讀傳輸，清除流水線，直到新的讀傳輸之前datavalid一直無效3/11/2024Avalon總線規(guī)范介紹（二）

Avalon主端口傳輸 Avalon流水線傳輸 Avalon流控制傳輸

3/11/2024Avalon流控制傳輸流控制傳輸?shù)暮锰?簡化邏輯設(shè)計：主端口不用重復(fù)地查詢從端口以確 定從端口是否準(zhǔn)備好傳輸

減少帶寬開銷：從端口傳輸只在從端口準(zhǔn)備就緒才 開始

允許從端口控制與非智能主端口通信的數(shù)據(jù)流：非智能主端口無條件地、連續(xù)不斷地發(fā)起傳輸

流控制的限制：1）主從端口對的兩個端口都必須使用流控制2）流控制不能用于Avalon三態(tài)端口3/11/2024Avalon流控制傳輸

具有流控制的從端口傳輸（讀傳輸、寫傳輸）

具有流控制的主端口傳輸（讀傳輸、寫傳輸）3/11/2024Avalon流控制傳輸具有流控制的從端口傳輸

從端口流控制信號：

readyfordata：從端口發(fā)送，準(zhǔn)備好接受寫傳輸

dataavailable：從端口發(fā)送，準(zhǔn)備好提供數(shù)據(jù)給讀傳輸

endofpacket：從端口發(fā)送，該信號的解釋由外設(shè)設(shè)計決定從端口沒有準(zhǔn)備好，Avalon架構(gòu)強迫主端口等待3/11/2024Avalon流控制傳輸具有流控制的從端口讀傳輸 使用信號：dataavailable、endofpacket 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)束時置dataavailable無效，該信號立即對隨后的連續(xù)傳輸生效。 若從端口使用endofpacket信號，必須保證在發(fā)出有效的readdata的同一個時鐘上升沿endofpacket信號有效3/11/2024(A)傳輸在clk的上升沿開始。(B)Avalon交換架構(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。(F)從端口發(fā)出endofpacket和有效的readdata。從端口也置dataavailable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。(I)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)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。Dataavailable有效情況下傳輸隊列結(jié)束，表明是主端口而不是從端口結(jié)束了傳輸隊列具有流控制的從端口讀傳輸

3/11/2024Avalon流控制傳輸具有流控制的從端口寫傳輸 使用信號：readyfordata、endofpacket readyfordata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。在寫傳輸結(jié)束時，從端口必須將readyfordata由高電平置為低電平，該信號立即對隨后的傳輸生效。 若從端口使用endofpacket信號，必須保證在捕獲writedata的同一個時鐘上升沿endofpacket信號有效3/11/2024具有流控制的從端口寫傳輸

(A) 在clk的上升沿傳輸開始。(B) Avalon交換架構(gòu)發(fā)出address、write和writedata。(C) Avalon交換架構(gòu)對地址譯碼，然后發(fā)出chipselect信號。(D) 從端口在當(dāng)前傳輸?shù)淖詈笠粋€clk的上升沿之前置endofpacket有效。(E) 從端口在clk的上升沿捕獲writedata。Avalon交換架構(gòu)捕獲endofpacket。(F) 對chipselect和write有效的每個周期，Avalon交換架構(gòu)產(chǎn)生有效的