AMBA总线新一代标准AXI分析和应用

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完美平衡发展。

　　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。

　　新的高性能AXI协议技术性能新的特点主要包括：

　　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。通过并行执行猝发操作，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。

　　4 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。

　　5 结束语

　　笔者在参与一个基于 ARM9 的SoC 研发的基础上，从应用需求的角度上研究和比较了AMBA 总线的优异性能和新特性。本文的创新点，是详细比较了AXI 和老一代总线AHB的性能，并再此基础上给出了他们的工程应用实例结构，为SoC 设计中总线选择以及使用AMBA 总线进行应用产品开发提供了参考。从上面的比较和总结可以看出，AXI 总线技术上可以提供内核速度的吞吐量，经济上ARM 有丰富而且免费的IP 核资源可供利用。

　　目前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。