AXI总线的低功耗扩展设计.doc

基于AMBA AXI总线的低功耗扩展设计 　　AXI（Advanced eXtensible Interface） 总线协议是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0协议中最重要的部分。它面向高性能、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、并支持显著传输访问和乱序访问，并更加容易就行时序收敛。 　　AXI 有读地址和控制、读数据、写地址和控制、写数据、写响应5个通道。图１是读通道的结构。 　　图1　AXI 读通道结构 　　可以看到，控制和数据通道分离，可以带来很多好处。地址和控制信息相对数据的相位独立，可以先发地址，然后再是数据，这样自然而然的支持显著操作，也就是outstanding 操作。Master访问slave的时候，可以不等需要的操作完成，就发出下一个操作。这样，可以让slave在控制流的处理上流水起来，达到提速的作用。同时对于master，也许需要对不同的地址和slave就行访问，所以可以对不同的slave 连续操作。而这样的操作，由于slave 返回数据的先后可能不按照master 发出控制的先后进行，导致出现了乱序操作（out of order ）。 　　同时相对AHB 接口的单向hready 信号，AXI的5个通道由双向的valid和ready信号进行握手。同时在读写操作中，有last 信号表明当前传输的是最后一个数据。 　　2　AXI的低功耗特性 　　AXI的低功耗接口本身也是数据传输协议的扩展。它针对自身具有低功耗处理的设备和自身不具有低功耗处理的设备都是通用的。 　　AXI低功耗控制接口包括两类信号： 　　设备给出表示当前时钟是否可以被gated的信号。外设使用CACTIVE信号表明它希望时钟，时钟控制模块必须马上给设置时钟。 　　对于系统时钟控制模块，提供可以进入或退出低功耗状态的握手信号。CSYSREQ表明了系统请求设备进入低功耗状态，而设备使用CSYSACK信号来握手低功耗状态请求和退出。 　　图２　AXI低功耗握手时序（1） 　　在CSYSREQ和CSYSACK信号为高的时候，也就是T1时刻之前，设备处于正常状态。在T1时刻，系统拉低了CSYSREQ信号，在T2时刻，外设拉低CSYSACK信号。在T3时刻系统拉高CSYSREQ表示系统要求设备从低功耗状态退出。T4时刻设备握手拉高CSYSACK表明已经退出。在握手中，CACTIVE可以作为拒绝或者同意的标志。下图中CATIVE一直拉高，来表示当前不接受这种低功耗的请求，而不是依靠ACK信号。可以看出，ACK 信号只是表示状态迁移的完整性，而对于是否进入低功耗状态，需要CACTIVE信号表示。同时该信号也表示了设备在低功耗状态需要退出。 　　在系统层面的操作： 　　有两种方法进行设备的低功耗控制。第一种是系统不断的轮询设备，一旦某个设备可以进入低功耗状态，就把相应的CATIVE 拉低，然后把CSYSACK信号拉低。这样做的效率不是很高，系统并不知道哪个设备已经可以提前进入低功耗状态，而是简单的按照时间进行查询，并不能精确的控制。这一种方案主要强调系统与设备的强耦合性。只有系统需要的时候才开始轮询，系统不需要，就不能进入低功耗模式。 　　图３　AXI低功耗握手时序（2） 　　图４　基于AXI的低功耗控制示意 　　第二种方法是系统被动接受设备发出来的CATIVE，然后开始低功耗处理流程。这样可以提高效率。但是可能系统由于预测到马上需要使用该device，不发起低功耗请求。值得注意的是，两种低功耗管理是可以混合使用的。 　　3　基于AXI总线的低功耗扩展 　　由于AXI总线的高带宽，高频率，同时在SOC上标准化IP越来越多，AXI本身提供的低功耗控制手段过于单一。由于AXI本身具有很好的可扩展性，可以对AXI总线进行一定的扩展，达到节省功耗的效果。 　　3.1 极性反转的多bit传输 　　对于AXI的总线，可以最高到128bytes的数据位宽。地址位宽有32bits位宽。如果地址从0xA5A5A5A5变化到0x5A5A5A5A，所有的地址线都翻转，带来32根线的变化。AXI总线使用interconnect进行点对点的连接，可以允许附加信号在AXI通道上。我们可以使用一根极性指示线进行冗余信号传递。例如： 　　Master数据从DataT1 0xA5A5A5A5变成DataT2 0xA55A5A5A，需要翻转的信号24bits，而有8bits信号不变化。Master可以同时拉高极性指示型号，同时也把数据变为`DataT2 0x5AA5A5A5，这样，只需要翻转9根数据线。由于数据