FPGA系列之“Zynq MPSoC PS-PL AXI Interfaces”

本文主要介紹Zynq UltraScale+ MPSoC系列器件的PS-PL之間互連的AXI總線接口。

Zynq MPSoC系列器件的AXI總線結構如下圖所示：

PS側可以使用PS-PL AXI接口調用PL側的硬件加速器等接口。這種互連屬于高帶寬、低延遲的連接方式。 Zynq MPSoC提供了12個PS-PL AXI端口，詳細如下表所示：

vivado里面也是12個PS-PL Interfaces可以使用。

這些PS-PL接口的主要特性如下：

High-performance AXI4 interface with FIFO support in the PS.

Selectable native PL data bus width support (32/64/128).

Independent read and write clocks.

Three interfaces support I/O coherency through the cache-coherentinterconnect (CCI).

System Memory Management Unit (SMMU) for PS bound transactions (virtual to physical address translation).

Dedicated low-latency path between the low-power domain (LPD) and PL.

Accelerator coherency port (ACP) interface for I/O coherency and allocation into the APU’s L2 cache.

AXI coherency extensions (ACE) interface for full coherency. Usable as ACE-Lite for I/O coherency.

32 bits for general-purpose input and 32 bits for output from the platformmanagement unit (PMU) for communication with the PL.

16 shared interrupts and four inter-processor interrupts.

Dedicated interfaces from the gigabit Ethernet controller (GEM) and the Display Port protocol.

Other PS-PL interfaces, such as extended MIO and PL clocks.

S_AXI_ACP_FPD接口實現了PS 和PL 之間的低延遲連接，通過這個128位的接口，PL端可以直接訪問APU的L1和L2 cache，以及DDR內存區域。故PL側可以直接從cache中拿到APU的計算結果，同時也可以第一時間將邏輯加速運算的結果送至APU。

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ACE（AXI一致性擴展）協議擴展了AXI4協議，并支持硬件一致性緩存。S_AXI_ACE_FPD使用《AMBA AXI and ACE Protocol Specification》中描述的ACE協議。S_AXI_ACE_FPD是一個PL作為master與PS中的CCI-400相連的接口。它能夠支持PS和PL中的硬件塊之間的完全一致性（雙向）。與AXI接口相比，ACE協議使用了五個額外的通道，三個通道用于監聽，兩個用于應答。此接口允許PL將其緩存存儲在FPGA的專用存儲資源或邏輯結構中。然后，可以使用ACE接口與PS中的其他相干主機和PL中的相干主機保持一致。尤其是APU可以監聽PL緩存（使用S_AXI_ACP_FPD接口這是不可能實現的）。由于S_AXI-ACE-FPD端口直接連接到CCI-400總線上，而不會通過SMMU，因此，它無法利用PS中的物理和虛擬地址映射。

MPSoC有六個PL側高性能（HP）AXI主接口連接到PS側的FPD（PL-FPD AXI Masters），可以訪問PS側的所有從設備。這些高帶寬的接口主要用于訪問DDR內存。有四個HP AXI主設備接口表示為S_AXI_HPn_FPD，兩個高性能一致性（HPC）AXI主設備接口表示為S_AXI_HPCn_FPD。

每個S_AXI_HPn_FPD接口都通過幾個AMBA switch連接到DDR內存控制器。它們之間的特性如下：

S_AXI_HP0_FPD-此接口與PL側的DP口共享其在DDR內存控制器上的端口，這些接口連接到DDR內存控制器的端口3。

S_AXI_HP{1,2}_FPD-這兩個端口共享DDR內存控制器的端口4，且能獨占該端口。這種獨占性提供了與DDR內存的高吞吐量、低延遲通信。

S_AXI_HP3_FPD-此接口與FPDMA控制器共享DDR內存控制器上的端口。

所有的六個HP AXI主接口都通過PS中的SMMU。SMMU能夠使用物理和虛擬地址轉換。這使得每個接口都支持與APU的虛擬化。

S_AXI_LPD是連接PL和LPD之間的一個高性能的AXI接口。它能夠低延遲地訪問OCM和TCMs。當FPD斷電時，這個接口特別有用，因為它仍然能夠為PL提供對LPD的高性能訪問。但是，由于互連的拓撲結構，這個端口與DDR控制器的的訪問延遲比較大。

在FPD和PL之間有兩個高性能通信接口，在LPD和PL之間有一個高性能通信接口，如下所示：

在FPD中，有兩個到PL的接口：M_AXI_HPM0_FPD和M_AXI_HPM1_FPD。這些接口適合于為PS中的FPD主機提供對PL中的存儲器的訪問，以便能夠傳輸大量數據。

在LPD中，有一個高性能從接口M_AXI_HM0_LPD。該接口適合于為PS中的LPD主機（例如LP-DMA）提供對PL中的存儲器的訪問，以便能夠傳輸大量數據。這個接口是低延遲的，可以在FPD關機時訪問。但由于路徑中有一個ID轉換器，APU無法訪問此接口。

下面是這十二個接口的一個簡單的比較：

下面提供一個簡單的選擇流程，詳細說明了使用Zynq MPSoC時選擇PS-PL AXI接口的方法。其中包括使用每個接口的一些好處，以及在選擇該接口時需要考慮的問題。

以上就是針對Zynq MPSoC的PS-PL AXI接口的簡單介紹，使用時可以參考相關文檔進行詳細了解。

審核編輯 ：李倩