电子发烧友App
在 Vivado 中自定义 AXI4-Lite 接口的 IP，实现一个简单的 LED 控制功能，并将其挂载到 AXI Interconnect 总线互联结构上，通过 ZYNQ 主机控制，后面对 Xilinx 提供的整个 AXI4-Lite 源码进行分析。
整体系统如下所示：
一、封装 AXI-Lite 协议的 IP
1. 新建一个工程
2. 打包 IP 工程
Tools 下选择创建并打包一个新的 IP。
选择创建一个新的带AXI4总线的 IP。
IP命名。
IP 的 AXI4-Lite 总线的配置：
（1）选择 Lite 总线；
（2）选择 Slave 设备从机模式，这里考虑到我们的实际应用，以 ZYNQ 的 PS 做主机 Master，来读写自定义的从机LED IP；
（3）数据位宽 32-bit；
（4）内部寄存器最少为4个，这里选择4，实际上本例中只使用了 1 个，这里的 4 就代表内部由 4 个 32 位的寄存器，依次命名为 slv_reg0 ~ slv_reg3。
按照微机寻址的思想，当找到设备的基地址后，加上偏移地址能够找到设备的内部寄存器。这里，当偏移地址为 0 时，表示 slv_reg0，偏移地址为 4 时（4 个字节，32-bit），表示 slv_reg1，8 代表 slv_reg3，12 代表 slv_reg4。
例子中只使用 slv_reg0，偏移地址为0，这个在 ZYNQ 的 PS 端编程时使用。
上述配置完成后，编辑IP，会自动打开一个新的工程，在 AXI-Lite 接口协议基础上，添加自定义的端口和用户逻辑。
3. 修改 IP
打开底层的代码， 在第18行添加自己需要的输出端口 。
ZC706的 PL 侧有 4 个 LED 可供操作，这里定义输出 4 位去控制 LED。
中间的实现逻辑先不看，是 AXI-Lite 协议中的 Valid、Ready 握手信号的产生以及读、写、响应等操作，后面再进行具体的分析。
找到尾部第401行，添加用户逻辑 ，上面我们已经说了PS 侧向 slv_reg0 写入 LED 的控制信息，这里从 slv_reg 读出控制信息，低 4 位为需要的有效控制信息。
完成底层的端口和用户逻辑后， 在顶层中第 18 行也加入输出端口 ，并在 例化底层时第 51 行将新加入的端口进行连接 。
修改后，打包 IP 时可能出现如 1处所示的编辑图样，在 2 处点击蓝色字体会自动更新，点击 3 处打包。
二、使用自定义的 AXI-Lite的IP
找到开始时的新建工程，新建一个 Block Design 原理图设计文件，添加 IP 时就可以搜索到自定义的 LED_MyIP_Lite。
添加 ZYNQ，使用自动连接会自动添加复位逻辑和 AXI总线互联结构，添加一个 ILA 集成逻辑分析仪，并设置成 AXI4 LITE 接口，引出 LED 输出，原理图文件右键生成顶层 wrapper。
对 ILA 的配置。
新建约束文件，增加 4 个 LED的物理约束，由于使用的是 Xilinx 的 FPGA评估版，其他引脚的约束已经由系统自动完成。
可以打开阅读一下 Xilinx 给的一些约束，如下图所示，首先对时钟频率和抖动进行时序约束，然后对输入输出引脚进行物理约束，最重要的是“电平标准”和“引脚位置”。
综合、布局布线、生成 bitstream 后，导出硬件到 SDK。
新建 SDK 工程，加入代码如下，设置基地址和偏移地址。
三、运行结果
Run As 下载观察流水灯效果。
Debug As 下载，Vivado 中连接硬件，打开 ILA。
对于写事务，设置 WVALID和 WREADY 两个均为 1 时触发；
对于读事务，设置检测 RVALID 和 RREADY 都为 1，两个断点处单步运行。
（1）初始化
（2）写事务
写事务涉及到写地址通道、写数据通道和写响应通道。测试时，ZYNQ 的 PS 主机向 slv_reg0 写 1。
（3）读事务
读事务涉及到读地址通道和读数据通道。测试时，ZYNQ 的 PS 主机向 slv_reg0 写 1，然后读取该寄存器。
四、AXI4-Lite源码分析
运行 PS 端的程序，PL 端的 4 个 LED 按照流水灯方式循环点亮。
改成 Debug 下载，并打开 ILA 集成逻辑分析仪，单步调试，设置触发条件。
对于写事务，设置检测 WVALID 和 WREADY 均有效；
对于读事务，设置检测 RVALID 和 RREADY 都有效。
【 FPGA探索者 】公众号内回复【 AXI源码分析 】获取AXI-Lite工程源码及注释。
（1）写事务
写事务涉及到写地址通道、写数据通道和写响应通道。
（a）AWADDR[3:0] 写地址
AWADDR[3:0] = 0，表示写 slv_reg0。
主机（ZYNQ的PS）给出从机的基地址 0x43C00000 和 偏移地址 0x0，其中基地址主要用于对整个从机的寻址，偏移地址用于对从机内部寄存器的寻址。
偏移地址为0，对应 AXI_AWADDR[3:0] = 0，在 32 位 WDATA 写数据配置下，AXI_AWADDR[3:2] 表示选择写哪个寄存器，
=0 时写 slv_reg0；
=1 时写 slv_reg1；
=2 时写 slv_reg2；
=3 时写 slv_reg3；
对应到 AXI_AWADDR[3:0] 就是 0 / 4 / 8 / 12。
（b）AWPORT[2:0] 写保护
AWPORT[2:0] = 1，即 3'b001，表示特权且安全的写入数据信息。
AWPORT[2:0] 提供三种级别的写入保护，提供用于禁止非法传输事务的访问权限：
（c）AWREADY 和 WREADY 准备好
根据 Xilinx 的 AXI-Lite 源码，对于从机部分，当检测到主机发出的 AWVALID 写地址有效 和 WVALID 写数据有效同时有效的下一个时钟的上升沿，将从机部分的 AWREADY 和 WREADY 拉起接收写地址和写数据。
对 AWREADY 写地址准备好：
对 WREADY 写数据准备好：
（d）WDATA[31:0] 写数据
当 WVALID 和 WREADY 都为高电平的时候，WDATA 有效，此处表示有效的写数据是 0x0000_0001。
按照设计，将该数据写入到 slv_reg0，并取低 4 位赋值给 LED。
这样，LED[3:0] = 4'b0001，点亮其中一个 LED。
（e）WSTRB[3:0] 写阀门
WSTRB[3:0] = 4'hf，即 4'b1111，表示 32 位的 WDATA 都有效，4 位分别表示 4 个字节。
WSTRB[3:0]：对应哪个写字节有效，WSTRB[n] 对应 WDATA[8n+7 : 8n]，WSTRB[3:0] 对应 32 位的写数据 WDATA。
WVALID 为低电平时，WSTRB 可以为任意值；
WVALID 为高电平有效时，WSTRB 为高的字节线必须指示有效的数据。
窄传输：
当主机产生比数据总线宽度更窄的数据传输时，比如 32 位数据总线上只传输 8 bit 信息，且利用最低的 8 位传输，则 WSTRB[3:0] = 4'b0001。下面图片注释有误，应该是[7:0]
（f）BRESP[1:0] 和 BVALID
BRESP[1:0] 写响应信息；
= 0 表示正常写入成功（OKAY）；
= 1 表示独占式写入（EXOKAY，AXI4-Lite 不支持独占式读写，AXI4 中表示独占式写入成功）；
= 2 表示设备错误（SLVERR）；
= 3 表示译码错误（DECERR）。
根据 Xilinx 的 AXI-Lite 源码，对于从机部分，当检测到主、从机的写数据/写地址通道上的 VALID 和 READY 都有效时，在下一个时钟的上升沿给出写响应有效信号 BVALID。
（2）读事务
读事务涉及到读地址通道和读数据通道。
测试时，ZYNQ 的 PS 主机向 slv_reg0 写 1，然后读取该寄存器。
（a）ARREADY 读准备好
当检测到主机发来的有效的读地址（S_AXI_ARVALID），并且自身的 ARREADY 还没拉高，那么下一个时钟的上升沿拉高。
（b）RVALID 读数据有效和 RRESP 读响应信息
当 ARREADY 拉高后，如果此时主机的 ARVALID 还是有效，且此时从机还没有给出都数据有效信号 RVALID，则在下一个时钟的上升沿给出 RVALID 有效信号，且同时给出读响应信息。
读响应信息 RRESP[1:0] 的含义和前文的写响应 BRESP[1:0] 一样：
= 0 表示正常读取成功；
= 1 表示独占式读取（AXI4-Lite 不支持独占式读写，AXI4 支持）；
= 2 表示设备错误；
= 3 表示译码错误。
（c）RDATA[31:0] 读数据
与写事务的分析一样，根据读地址中的控制信息 axi_araddr[3:2] 表明 从 slv_reg0 中读出数据，并写入到读数据通道的 RDATA 上。
工商网监
评论