【芯片設計】握手協(xié)議的介紹與時(shí)序說(shuō)明

最早接觸到握手協(xié)議是在校期間學(xué)習PCIe的AXI總線(xiàn)時(shí)，至今日雖然PCIe的結構已經(jīng)忘得一干二凈，但握手協(xié)議經(jīng)過(guò)不斷的使用還算掌握的不錯。

對于點(diǎn)開(kāi)這篇文章的人而言，握手協(xié)議是什么其實(shí)不需要贅述：

"Valid-Ready" 握手協(xié)議是一種常用于數字電路中的接口協(xié)議，用于控制數據的傳輸和處理。這種協(xié)議通常在兩個(gè)設備（如芯片、模塊或模塊間的通信）之間使用，以確保數據的有效傳輸和正確處理。

下面是 "Valid-Ready" 握手協(xié)議的特點(diǎn)和優(yōu)勢：

特點(diǎn) ：

• 有效數據傳輸： "Valid-Ready" 握手協(xié)議通過(guò)有效信號（Valid）來(lái)指示數據是否有效，Ready信號來(lái)指示接收方是否已準備好接收數據。只有在Valid和Ready信號都為高電平時(shí)，數據傳輸才會(huì )發(fā)生，從而確保數據在正確的時(shí)機傳輸。
• 流控制： Ready信號可以起到流量控制的作用。如果接收方?jīng)]有準備好接收數據，它可以將Ready信號置低，從而停止發(fā)送方的數據傳輸，以防止數據擁塞。
• 同步性： "Valid-Ready" 握手協(xié)議提供了同步機制，確保發(fā)送和接收之間的時(shí)序一致性。數據傳輸只會(huì )在雙方都準備好的情況下進(jìn)行，避免了數據的不同步問(wèn)題。
• 靈活性： 握手信號的有效和準備狀態(tài)可以根據具體的應用需求來(lái)控制。這使得協(xié)議可以適應不同的數據傳輸速率和處理速度。
• 錯誤檢測： 在有效信號中，還可以包含錯誤檢測位，以便接收方可以驗證傳輸的數據的正確性。

優(yōu)勢 ：

• 簡(jiǎn)單可靠： "Valid-Ready" 握手協(xié)議相對簡(jiǎn)單，易于實(shí)現和調試。它的工作原理直觀(guān)清晰，使得設計者和開(kāi)發(fā)者能夠更容易地理解和管理數據傳輸流程。
• 節約資源： 與其他復雜的通信協(xié)議相比，"Valid-Ready" 握手協(xié)議在硬件資源和時(shí)鐘周期方面的需求較低。這使得它在資源受限的系統中具有優(yōu)勢。
• 適應性強： 由于其簡(jiǎn)單性，"Valid-Ready" 握手協(xié)議可以適應不同類(lèi)型的通信和數據處理需求。它可以用于內部芯片通信，模塊之間的通信，以及許多其他數字電路場(chǎng)景。
• 實(shí)時(shí)性好： 由于有效和準備信號的即時(shí)性，"Valid-Ready" 握手協(xié)議通常能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)數據傳輸的需求，特別適用于需要低延遲的應用。

好的，冠冕堂皇的部分結束了。那么一句話(huà)來(lái)概括握手協(xié)議就是：通過(guò)valid控制信號發(fā)送，通過(guò)ready控制信號接收，通過(guò)若干info承載信息的一種接口總線(xiàn)，其典型時(shí)序圖如下：

握手接口時(shí)序

對于發(fā)射模塊而言，valid/data為輸出，ready為輸入。對于接收模塊而言，valid/data為輸入，ready為輸出：

接口方向

對于握手協(xié)議的時(shí)序，有如下幾條較為通用的要求：

1. 發(fā)送方在準備好發(fā)送數據之后，需要將valid信號置高，表示數據有效，在接收方的ready置高前（包括當拍）valid不可拉低；
2. 接收方在準備好接收數據時(shí)，需要將ready信號置高，表示已準備好接收數據；
3. 在數據傳輸期間，valid 和ready信號需要保持同步，數據傳輸只能在valid和ready信號同時(shí)為高電平時(shí)進(jìn)行；
4. 解復位后（工作期間）valid不可為不定態(tài)，即仿真中valid不允許出現X態(tài)和Z態(tài)，必須為高/低電平；
5. 解復位后（工作期間）ready不可為不定態(tài)，即仿真中valid不允許出現X態(tài)和Z態(tài)，必須為高/低電平，注意ready的定態(tài)要求不如valid嚴格（或者說(shuō)在valid不為1時(shí)，ready的不定態(tài)一般是允許的，有時(shí)也會(huì )要求ready全程不可為不定態(tài)）；
6. info在valid為1時(shí)不可為不定態(tài)，在valid為0時(shí)無(wú)約束；
7. 在valid置起為1后，到valid和ready進(jìn)行握手前（包括當拍），info值不能跳變；
8. valid的產(chǎn)生邏輯中不可包含或隱式包含ready信號；
9. ready的產(chǎn)生邏輯中可以包含valid信號；

當然了，以上是相對通用的要求，是否需要遵守可以根據實(shí)際情況來(lái)判斷。比如果接收模塊需要5拍來(lái)處理一個(gè)info，那么數據傳輸就不必非要在valid和ready同時(shí)為高時(shí)進(jìn)行，可以在valid拉高后就開(kāi)始處理，處理完成時(shí)再拉高ready接收并丟棄info。

個(gè)人的建議是，1、2、4、7、8/9選一為必須遵守的規則，其余為盡量遵守但是可以調整的規則。