基于AXI總線的加法器模塊解決方案

前面一節我們學會了創建基于AXI總線的IP，但是對于AXI協議各信號的時序還不太了解。這個實驗就是通過SDK和Vivado聯合調試觀察AXI總線的信號。由于我們創建的接口是基于AXI_Lite協議的，所以我們實際觀察到是AXI_Lite協議的信號時序。

具體做法是創建一個基于AXI總線的加法器模塊，在Vivado里將AXI總線添加到debug信號里，實際上是用邏輯分析儀探測信號，在SDK端通過debug方式依次寫入兩個加數，由PL計算出和，我們讀出這個和打印到串口，這樣AXI總線的讀和寫就都能觀察到了。

板子使用的是zc702。

在觀察信號之前我們有必要簡單了解AXI是個什么：

AXI總線是一種高性能、高帶寬、低延遲的片內總線，AXI協議描述了主從設備數據傳輸的方式。主設備和從設備通過握手信號建立連接，握手信號包括主機發送的VALID信號，表示數據有效，從機發送的READY信號，表示從機準備好了接收數據。當VALID和READY都有效的時候傳輸開始。

Zynq使用的是AXI協議的4.0版本，由AMBA3.0協議發展而來：

AXI的三種總線各有各的用途：
AXI4支持突發數據傳輸，主要用于CPU訪問存儲等需要高速數據交互的場合，相當于原來的AHB協議；

AXI_Lite一次傳輸單個數據，主要用于訪問一些低速外設，相當于原來的APB；

AXI_Stream數據傳輸不需要地址，主設備直接連續讀寫數據，主要用于高速流數據的傳輸，使用起來類似FIFO。

AXI4總線和AXI4-Lite總線具有相同的組成部分：
（1） 讀地址通道， 包含ARVALID, ARADDR, ARREADY信號；
（2） 讀數據通道， 包含RVALID, RDATA, RREADY, RRESP信號；
（3） 寫地址通道， 包含AWVALID， AWADDR, AWREADY信號；
（4） 寫數據通道， 包含WVALID, WDATA， WSTRB, WREADY信號；
（5） 寫應答通道， 包含BVALID, BRESP, BREADY信號；
（6） 系統通道， 包含： ACLK， ARESETN信號。

幫助記憶：
讀地址信號都是以AR開頭（A： address； R： read）
寫地址信號都是以AW開頭（A： address； W： write）
讀數據信號都是以R開頭（R： read）
寫數據信號都是以W開頭（W： write）
應答信號都是以B開頭（B： back（answer back））

讀時序：

寫時序：

5個通道都有自己獨立的握手機制，同時又相互協作，地址線分離后，讀/寫可以并行交互數據。而且AXI支持地址pipeline、錯位傳輸等模式，大大提高了數據通路的利用率。

關于AXI Interconnect模塊：

AXI協議可以描述為主/從設備之間的點對點傳輸，可以有多個主機，也可以有多個從機，這是進行數據交互時，需要一個管理中心確保信號發到對應的設備，AXI Interconnect模塊就是這樣一個管理中心，也叫做AXI互聯矩陣。它類似于一個交換機，保證每個外設獨享帶寬，完成數據傳輸。Xilinx公司為我們提供了AXI Interconnect的IP核。

介紹到此，理論部分已經掌握i一二了，下面就開始實際觀察AXI的信號。

創建一個基于AXI_Lite總線的加法器IP

新建Vivado工程，依然，選擇這個：

修改名字和地址，我命名為AXI_Add，地址最好選擇工程路徑下新建一個文件夾，這樣就會自動把你創建的IP更新到IP庫里，其他默認，最后選擇Edit IP，在Vivado給出的代碼里添加上我們的加法器功能：

注意這些代碼就是定義AXI協議的工作方式的，里面有注釋，可以去研究一下！

添加用戶端口：

這里我們沒有要輸出的信號

添加用戶邏輯：

待會我們將兩個加數寫到寄存器0和1中，從寄存器2中讀出和

封裝好后回到我們之前建的工程，

然后在工程里添加zynq核，添加剛才創建的IP，點擊自動連接，然后選中AXI總線，右擊選擇Make Debug，出現兩個綠色的小瓢蟲，將總線加入Debug模式下。

如果你沒有把剛才新建的IP放在該工程目錄下，先要把IP添加進庫里，選擇 Project Settings-->IP。點擊綠色的加號，選擇到你的用戶IP地址 ：

整個系統搭建完成是這樣的:

下面就是例行操作，自動排版，檢查，保存，復位，generate，產生頂層文件。然后先綜合（Synthesis）一下，綜合好后，打開Synthesis Design下的Set Up Debug，將顯示為紅色的無用信號刪除（選中，點擊紅色的減號），

設置采樣深度為1024，

其他默認，然后生成比特流文件。

軟件端的設計

Lanch到SDK，新建一個空的applicaton工程，添加一個c源文件，我們在xparameters.h文件中找到我們添加的加法器AXI_ADD的寄存器首地址，待會我們就是要通過地址對寄存器進行讀、寫：

這個案例里我們計算16進制下的24+12=36，為了方便SDK端的斷點調試，加了while循環，注釋我寫在后面了：
#include
#include "xparameters.h"
#include "xil_io.h"
#include "xil_types.h"

#define AXI_ADD_REG0 0 //寄存器0的偏移地址為0
#define AXI_ADD_REG1 4 //寄存器1的偏移地址為4
#define AXI_ADD_REG2 8 //寄存器2的偏移地址為8

int main(){
while(1){
u8 value = 0;
Xil_Out32(XPAR_AXI_ADD_V1_0_0_BASEADDR+AXI_ADD_REG0,0x24); //向寄存器0寫入第一個加數
Xil_Out32(XPAR_AXI_ADD_V1_0_0_BASEADDR+AXI_ADD_REG1,0x12); //向寄存器1寫入第二個加數
value = Xil_In32(XPAR_AXI_ADD_V1_0_0_BASEADDR+AXI_ADD_REG2); //從寄存器3中讀出和
xil_printf("value = %x",value);
}
return 0;
}

軟硬件聯合調試

右鍵工程 Debug as-->Debug Configrations：

進入Debug界面后，在AXI總線讀、寫的地方添加斷點：

打開串口：

然后回到Vivado界面，連接到Device，就會自動打開調試界面：

接下來是設置觸發位置，添加觸發條件：

我們的采樣深度是默認的1024，在500的位置觸發，

觸發條件設置成WVALID信號為高時，AWVALID信號為高時：

右鍵邏輯分析儀，選中Enable Auto Re-trigger，設置成自動進入下一次觸發：

點擊運行觸發，點擊完之后ila進入等待觸發狀態：

在SDK點擊運行：

首先寫入24：

有一點要注意，這里的寫地址VALID和READY信號是下一個地址的，這里就是對應WDATA的4，而對應地址0，也就是我們觀察的數據24地址的VALID和READY信號在前面已經有效過了，我們設置寫數據有效時觸發，而地址有效在前面就沒有捕捉到了。

然后寫入12：

然后串口打印出36：

等到第二輪寫入的時候，我們看到讀數據通道上出現36：

我們可以換一下觸發信號，換成讀VALID，讀READY拉高時觸發：

就可以看到，讀VALID和READY信號都高時，讀出36，讀地址線上是8：

這里可以看到讀READY信號一直為高，讀VALID信號拉高時36讀入。但是由于ILA捕捉的是觸發時刻信號，所以它將讀有效之前的讀數據都顯示為36了。

大家要注意，觸發設置里，添加的信號默認是AND的，如果你一開始就把讀有效為高，寫有效為高都添加到觸發列表里，會觀察不到信號，因為這兩個信號在本例子；里不會同時出現：

我們可以添加讀VALID為1，寫VALID為1，然后選擇OR：

SDK那邊一步步Debug，先是寫入24：

然后寫入12：

然后讀到36：

這里也是由于RREADY先于RVALID信號拉高，ILA捕捉不到READY是什么高的，就把之前都顯示為高。

如果沒有按你設置的運行，可以在SDK重新Debug as或者在Vivado重新連接一下Target，或者多點幾次Run Trigger，這軟件有時候不靈敏，比如說你雖然設置了自動進入下一次觸發，但是它不一定就進入，這是手動點一下觸發，進入等待模式，再點擊下一次Debug。

小結

到這里，AXI信號讀寫時序就全部觀察完了，這時候可以再去看一看AXI協議的理論部分，把封裝基于AX總線的IP時生成的例化代碼捋一遍，就能更好的理解AXI總線的工作原理了。提一句，我們目前觀察的都是簡化版的AXI_Lite協議的時序。
編輯：hfy