AXI(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的
AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的,支持不对齐的
数据传输,同时在
突发传输中,只需要首地址,同时分离的读写
数据通道、并支持Outstanding传输访问和乱序访问,并更加容易进行
时序收敛。AXI 是AMBA 中一个新的高性能协议。AXI 技术丰富了现有的AMBA 标准内容,满足超高性能和复杂的
片上系统(SoC)设计的需求。
目录
·AXI的诞生·AXI的性能·AXI的特点·AXI的应用·
市场格局AXI的诞生
随着SoC 设计复杂性的增加和
CPU 处理能力的提升,
总线结构会成为
系统性能的瓶颈。在
多处理器SoC 设计中,这种
瓶颈现象更加明显。综合考虑成本、功耗和面积,SoC 设计中选用何种高效的总线结构是比较困难的,同时总线结构对系统所要求达到的性能又是非常重要的。
随着下一代高性能 SoC 设计的需要,比如多处理器核、多重存储器结构、
DMA 控制器等,
AMBA 需要新一代灵活性更强的总线结构,这就是AMBA 3.0 AXI 总线。AXI 是1999年发布的AMBA 2.0 的继承和提升,是ARM 公司与其他的芯片制造商包括
高通、
东芝和
爱立信等公司共同研发的。新协议的发布,为新一代高性能SoC 的设计铺平了道路。
AXI的性能
AXI 能够使SoC 以更小的面积、更低的功耗,获得更加优异的性能。AXI 获得如此优异性能的一个主要原因,就是它的
单向通道体系结构。单向通道体系结构使得片上的
信息流只以
单方向传输,减少了延时。
选择采用何种总线,我们要评估到底怎样的
总线频率才能满足我们的需求,而同时不会消耗过多的功耗和片上面积。
ARM一直致力于以最低的成本和功耗追求更高的性能。这一努力已经通过连续一代又一代处理器内核的发布得到了实现,每一代新的处理器内核都会引入新的流水线设计、新的
指令集以及新的
高速缓存结构。这促成了众多创新
移动产品的诞生,并且推动了
ARM架构向性能、功耗以及成本之间的平衡发展。
AXI总线是一种
多通道传输总线,将地址、读数据、写数据、握手信号在不同的通道中发送,不同的访问之间顺序可以打乱,用
BUSID来表示各个访问的归属。主设备在没有得到返回数据的情况下可发出多个读写操作。读回的数据顺序可以被打乱,同时还支持非对齐数据访问。
AXI总线还定义了在进出
低功耗节电模式前后的
握手协议。规定如何通知进入低功耗模式,何时关断时钟,何时开启时钟,如何退出低功耗模式。这使得所有
IP在进行功耗控制的设计时,有据可依,容易集成在统一的系统中。AXI与上一代总线AHB的主要性能比较见表1。
AXI的特点
单向通道体系结构。信息流只以单方向传输,简化
时钟域间的桥接,减少门数量。当信号经过复杂的
片上系统时,减少延时。
支持多项
数据交换。通过
并行执行触发操作,极大地提高了数据吞吐能力,可在更短的时间内完成任务,在满足高性能要求的同时,又减少了功耗。
独立的地址和
数据通道。地址和数据通道分开,能对每一个通道进行单独优化,可以根据需要控制时序通道,将
时钟频率提到最高,并将延时降到最低。
增强的灵活性。AXI技术拥有对称的主从接口,无论在
点对点或在
多层系统中,都能十分方便地使用AXI技术。
AXI的应用
SoC系统中总线的选择不仅要看其性能,还要看其
应用范围,更加重要的是,是否有足够的
IP核资源可供利用。为了加速基于AXI总线的
应用设计,ARM最新发布了面向片内总线AXI的3种IP内核。分别为:
二级缓存控制电路L220、输出AXI标准总线的工具PL300以及同步
DRAM控制电路PL340。3种产品的供货将加快AXI的普及步伐。3种产品均为可逻辑合成的
软核,支持ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S与MPCore三种
CPU内核。
这些预先检验的AXI系统元件将协助研发者迅速针对内建
ARM11系列处理器的SoC开发出高
集成度的产品。AXI系统元件提供一条具备高效率的传输管道,从处理器连接快速缓存、
存储控制器及
外部存储器。上述优势使ARM11系列处理器即使搭配速度较慢的内存,也可以发挥出相当高的性能。由于CPU与芯片
外部存储器之间的通信已成为主要的
性能瓶颈,因此设计人员将会视该项技术为极具价值的方案。
二级缓存控制电路L220是面向ARM内核中首款支持二级缓存的电路。二级缓存除可用于
个人电脑微处理器等一般用途外,还支持
MIPS微处理器等。使用此次二级缓存控制电路、同时配备256kB的二级缓存时,
MPEG-4的解码处理所需的时间只相当于没有配备二级缓存时的一半。另外,256kB二级缓存的面积采用台湾
TSMC的130nm设计规格、为6mm2,成本大约为0.41美元(约合
人民币3.4元)。L220支持ARM的电源电压与
工作频率控制技术“IEM”,可
有效控制二级缓存的电源电压等。
PL300是一种可以生成具有任意数量主从设备的总线的工具。
传送速度在平均每层166MHz工作频率下为1.3GB/秒。使用XML记述主从设备等的设定,就会生成相应总线的设计数据。同步DRAM控制电路PL340配备16位×64位宽的DDR接口。今后将支持
DDR2与
奇偶校验。L220、PL300与PL340
均已开始提供使用授权。只需在签合同时支付授权费用,之后的生产中不必每枚芯片交纳授权费用。
市场格局
市场上的应用产品基本都是基于 AMBA 2
AHB,基于AXI 和ARM11 的应用产品还比较少,但是AXI 的广泛应用只是一个时间的问题。AXI 片上总线的推出,把SoC 的设计推向了一个新的台阶,设计者可以更加方便快速的设计出高性能SoC。