基于AXI4的可编程SOC系统设计1

《基于AXI4的可编程SOC系统设计》一书是作者在《片上可编程系统原理及应用》教材的基础上，专门介绍基于AXI4规范和Xilinx软核处理器MicroBlaze实现嵌入式系统应用的高级教程。现在FPGA越来越被广泛地应用在各个领域中。Xilinx公司将专用的嵌入式处理器PowerPC硬核、ARM Cortex-A9 MP硬核和嵌入式处理器MicroBlaze软核嵌入到了FPGA芯片中。这种集成了嵌入式处理器的FPGA芯片被定义成FPGA平台。

这种基于FPGA的嵌入式平台提供了一个灵活的解决方案。在这个解决方案中，一个单FPGA芯片上提供了大量不同的IP软核和硬核资源。这些固件和硬件可以在任何时间进行升级。这种可编程的结构特点，大大缩短了系统的开发时间，而同一平台能应用在很多领域，提高了平台的资源复用率。基于Microblaze软核处理器构成的片上系统是FPGA在嵌入式系统领域的重要应用，由于其开放的设计结构和设计平台，可以使设计者更好的理解并掌握片上可编程系统的设计原理、设计方法和设计流程。此外，AXI4规范是世界著名嵌入式处理器IP核提供商ARM公司和世界著名的可编程逻辑器件提供商Xilinx公司共同制定的下一代SOC的互联标准，该标准的制定将对未来片上系统的发展产生深远的影响。

本书所有资料来自Xilinx公司的技术手册，文献和典型应用案例，充分反映了Xilinx公司片上可编程系统的最新技术和应用成果，可以帮助读者尽快掌握这一最新技术。本书将片上可编程系统的基本原理和典型应用相结合，易于读者理解与自学。本书作为信息类专业大学本科高年级和研究生的教学参考用书，也可作为从事片上可编程系统设计的工程技术人员参考用书。

第一节：AXI4概述

Xilinx 同 ARM 密切合作，共同为基于 FPGA 的高性能系统和设计定义了 AXI4 规范。并且在其新一代可编程门阵列芯片上采用了高级可扩展接口（Advanced eXtensible Interface, AXI）协议。
AXI总线是ARM高级微控制器总线结构(Advanced Microcontroller Bus Architecture, AMBA)的一部分。AXI总线的第一个版本包含在AMBA3.0（2003年发布）中，AXI总线的第二个版本AXI4包含在AMBA4.0（2010年发布）中。

最新一代的AMBA接口的目标是：
适合于高带宽和低延迟设计；
在不使用复杂的桥接方式下，允许更高频率的操作；
满足普遍情况下的元件接口要求；
适用于高初始访问延迟的存储器控制器；
为互联结构的实现提供了灵活性；
与已有的AHB和APB接口向下兼容。

AXI协议的关键特性表现在以下几个方面：
独立的地址/控制和数据阶段；
使用字节选通，支持非对齐的数据传输；
只有开始地址的猝发交易；
独立的读和写数据通道，可以使能低成本的直接存储器访问DMA传输；
能发出多个未解决的地址；
完成无序交易；
容易添加寄存器slice，满足时序收敛要求；

AXI协议较其它协议提供了下面的优势：
1．提供了更高的生产率，主要体现在以下几个方面：
将多种不同的接口整合到一个接口（AXI4）中，因此用户仅需了解单个系列的接口；
简化了不同领域 IP 的集成，并使自身或第三方合作伙伴 IP 的开发工作更简单易行；
由于AXI4 IP 已为实现最高性能、最大吞吐量以及最低时延进行了优化，从而使设计工作进一步获得简化；
2．提供了更大的灵活性，主要体现在以下几个方面：
支持嵌入式、DSP 及逻辑版本用户；
调节互连机制，满足系统要求：性能、面积及功耗；
帮助设计者在目标市场中构建最具号召力的产品；
3．提供了广泛的 IP 可用性
第三方 IP 和 EDA 厂商普遍采用开放式 AXI4 标准，从而使该接口获得了更广泛的应用。
基于 AXI4 的目标设计平台可加速嵌入式处理、DSP以及连接功能设计开发。