Vivado를 이용하여 AXI4-Lite Interface를 사용할 수 있다.
https://insoobaik.tistory.com/689
기본적은 AXI Interface에 대해서는 이전 글에서 다루어 보았다.
간단하게 요약하자면
1. AXI Interface는 5개의 채널이 존재한다. (Write Address, Write Data, Response, Read Address, Read)
2. 각 채널은 전부 Valid, Ready Signal에 의해 동작하게 된다. (Valid와 Ready가 전부 1이여야 동작하게 된다.)
AXI4-Lite 생성
위와 같이 Vivado에서 AXI4 Interface를 사용하는 IP를 생성할 수 있다.
위와 같이 AXI Interface IP에 대한 Data Width, Register의 개수를 지정할 수 있다.
생성 뒤 위와 같이 AXI Interface의 Address를 확인할 수 있다.
Memory Size가 64Kbytes이기 때문에 0x44a0_0000 ~ +64K 만큼의 크기를 갖는다.
AXI4-Lite Interface Code
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`timescale 1 ns / 1 ps
module myip_v1_0_S00_AXI #
(
// Users to add parameters here
// User parameters ends
// Do not modify the parameters beyond this line
// Width of S_AXI data bus
parameter integer C_S_AXI_DATA_WIDTH = 32,
// Width of S_AXI address bus
parameter integer C_S_AXI_ADDR_WIDTH = 4
)
(
// Users to add ports here
// User ports ends
// Do not modify the ports beyond this line
// Global Clock Signal
input wire S_AXI_ACLK,
// Global Reset Signal. This Signal is Active LOW
input wire S_AXI_ARESETN,
// Write address (issued by master, acceped by Slave)
input wire [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] S_AXI_AWADDR,
// Write channel Protection type. This signal indicates the
// privilege and security level of the transaction, and whether
// the transaction is a data access or an instruction access.
input wire [2 : 0] S_AXI_AWPROT,
// Write address valid. This signal indicates that the master signaling
// valid write address and control information.
input wire S_AXI_AWVALID,
// Write address ready. This signal indicates that the slave is ready
// to accept an address and associated control signals.
output wire S_AXI_AWREADY,
// Write data (issued by master, acceped by Slave)
input wire [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] S_AXI_WDATA,
// Write strobes. This signal indicates which byte lanes hold
// valid data. There is one write strobe bit for each eight
// bits of the write data bus.
input wire [(C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1 : 0] S_AXI_WSTRB,
// Write valid. This signal indicates that valid write
// data and strobes are available.
input wire S_AXI_WVALID,
// Write ready. This signal indicates that the slave
// can accept the write data.
output wire S_AXI_WREADY,
// Write response. This signal indicates the status
// of the write transaction.
output wire [1 : 0] S_AXI_BRESP,
// Write response valid. This signal indicates that the channel
// is signaling a valid write response.
output wire S_AXI_BVALID,
// Response ready. This signal indicates that the master
// can accept a write response.
input wire S_AXI_BREADY,
// Read address (issued by master, acceped by Slave)
input wire [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] S_AXI_ARADDR,
// Protection type. This signal indicates the privilege
// and security level of the transaction, and whether the
// transaction is a data access or an instruction access.
input wire [2 : 0] S_AXI_ARPROT,
// Read address valid. This signal indicates that the channel
// is signaling valid read address and control information.
input wire S_AXI_ARVALID,
// Read address ready. This signal indicates that the slave is
// ready to accept an address and associated control signals.
output wire S_AXI_ARREADY,
// Read data (issued by slave)
output wire [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] S_AXI_RDATA,
// Read response. This signal indicates the status of the
// read transfer.
output wire [1 : 0] S_AXI_RRESP,
// Read valid. This signal indicates that the channel is
// signaling the required read data.
output wire S_AXI_RVALID,
// Read ready. This signal indicates that the master can
// accept the read data and response information.
input wire S_AXI_RREADY
);
// AXI4LITE signals
reg [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] axi_awaddr;
reg axi_awready;
reg axi_wready;
reg [1 : 0] axi_bresp;
reg axi_bvalid;
reg [C_S_AXI_ADDR_WIDTH-1 : 0] axi_araddr;
reg axi_arready;
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1 : 0] axi_rdata;
reg [1 : 0] axi_rresp;
reg axi_rvalid;
// Example-specific design signals
// local parameter for addressing 32 bit / 64 bit C_S_AXI_DATA_WIDTH
// ADDR_LSB is used for addressing 32/64 bit registers/memories
// ADDR_LSB = 2 for 32 bits (n downto 2)
// ADDR_LSB = 3 for 64 bits (n downto 3)
localparam integer ADDR_LSB = (C_S_AXI_DATA_WIDTH/32) + 1;
localparam integer OPT_MEM_ADDR_BITS = 1;
//----------------------------------------------
//-- Signals for user logic register space example
//------------------------------------------------
//-- Number of Slave Registers 4
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1:0] slv_reg0;
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1:0] slv_reg1;
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1:0] slv_reg2;
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1:0] slv_reg3;
wire slv_reg_rden;
wire slv_reg_wren;
reg [C_S_AXI_DATA_WIDTH-1:0] reg_data_out;
integer byte_index;
reg aw_en;
// I/O Connections assignments
assign S_AXI_AWREADY = axi_awready;
assign S_AXI_WREADY = axi_wready;
assign S_AXI_BRESP = axi_bresp;
assign S_AXI_BVALID = axi_bvalid;
assign S_AXI_ARREADY = axi_arready;
assign S_AXI_RDATA = axi_rdata;
assign S_AXI_RRESP = axi_rresp;
assign S_AXI_RVALID = axi_rvalid;
// Implement axi_awready generation
// axi_awready is asserted for one S_AXI_ACLK clock cycle when both
// S_AXI_AWVALID and S_AXI_WVALID are asserted. axi_awready is
// de-asserted when reset is low.
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_awready <= 1'b0;
aw_en <= 1'b1;
end
else
begin
if (~axi_awready && S_AXI_AWVALID && S_AXI_WVALID && aw_en)
begin
// slave is ready to accept write address when
// there is a valid write address and write data
// on the write address and data bus. This design
// expects no outstanding transactions.
axi_awready <= 1'b1;
aw_en <= 1'b0;
end
else if (S_AXI_BREADY && axi_bvalid)
begin
aw_en <= 1'b1;
axi_awready <= 1'b0;
end
else
begin
axi_awready <= 1'b0;
end
end
end
// Implement axi_awaddr latching
// This process is used to latch the address when both
// S_AXI_AWVALID and S_AXI_WVALID are valid.
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_awaddr <= 0;
end
else
begin
if (~axi_awready && S_AXI_AWVALID && S_AXI_WVALID && aw_en)
begin
// Write Address latching
axi_awaddr <= S_AXI_AWADDR;
end
end
end
// Implement axi_wready generation
// axi_wready is asserted for one S_AXI_ACLK clock cycle when both
// S_AXI_AWVALID and S_AXI_WVALID are asserted. axi_wready is
// de-asserted when reset is low.
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_wready <= 1'b0;
end
else
begin
if (~axi_wready && S_AXI_WVALID && S_AXI_AWVALID && aw_en )
begin
// slave is ready to accept write data when
// there is a valid write address and write data
// on the write address and data bus. This design
// expects no outstanding transactions.
axi_wready <= 1'b1;
end
else
begin
axi_wready <= 1'b0;
end
end
end
// Implement memory mapped register select and write logic generation
// The write data is accepted and written to memory mapped registers when
// axi_awready, S_AXI_WVALID, axi_wready and S_AXI_WVALID are asserted. Write strobes are used to
// select byte enables of slave registers while writing.
// These registers are cleared when reset (active low) is applied.
// Slave register write enable is asserted when valid address and data are available
// and the slave is ready to accept the write address and write data.
assign slv_reg_wren = axi_wready && S_AXI_WVALID && axi_awready && S_AXI_AWVALID;
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
slv_reg0 <= 0;
slv_reg1 <= 0;
slv_reg2 <= 0;
slv_reg3 <= 0;
end
else begin
if (slv_reg_wren)
begin
case ( axi_awaddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB] )
2'h0:
for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
// Respective byte enables are asserted as per write strobes
// Slave register 0
slv_reg0[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
end
2'h1:
for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
// Respective byte enables are asserted as per write strobes
// Slave register 1
slv_reg1[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
end
2'h2:
for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
// Respective byte enables are asserted as per write strobes
// Slave register 2
slv_reg2[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
end
2'h3:
for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
// Respective byte enables are asserted as per write strobes
// Slave register 3
slv_reg3[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
end
default : begin
slv_reg0 <= slv_reg0;
slv_reg1 <= slv_reg1;
slv_reg2 <= slv_reg2;
slv_reg3 <= slv_reg3;
end
endcase
end
end
end
// Implement write response logic generation
// The write response and response valid signals are asserted by the slave
// when axi_wready, S_AXI_WVALID, axi_wready and S_AXI_WVALID are asserted.
// This marks the acceptance of address and indicates the status of
// write transaction.
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_bvalid <= 0;
axi_bresp <= 2'b0;
end
else
begin
if (axi_awready && S_AXI_AWVALID && ~axi_bvalid && axi_wready && S_AXI_WVALID)
begin
// indicates a valid write response is available
axi_bvalid <= 1'b1;
axi_bresp <= 2'b0; // 'OKAY' response
end // work error responses in future
else
begin
if (S_AXI_BREADY && axi_bvalid)
//check if bready is asserted while bvalid is high)
//(there is a possibility that bready is always asserted high)
begin
axi_bvalid <= 1'b0;
end
end
end
end
// Implement axi_arready generation
// axi_arready is asserted for one S_AXI_ACLK clock cycle when
// S_AXI_ARVALID is asserted. axi_awready is
// de-asserted when reset (active low) is asserted.
// The read address is also latched when S_AXI_ARVALID is
// asserted. axi_araddr is reset to zero on reset assertion.
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_arready <= 1'b0;
axi_araddr <= 32'b0;
end
else
begin
if (~axi_arready && S_AXI_ARVALID)
begin
// indicates that the slave has acceped the valid read address
axi_arready <= 1'b1;
// Read address latching
axi_araddr <= S_AXI_ARADDR;
end
else
begin
axi_arready <= 1'b0;
end
end
end
// Implement axi_arvalid generation
// axi_rvalid is asserted for one S_AXI_ACLK clock cycle when both
// S_AXI_ARVALID and axi_arready are asserted. The slave registers
// data are available on the axi_rdata bus at this instance. The
// assertion of axi_rvalid marks the validity of read data on the
// bus and axi_rresp indicates the status of read transaction.axi_rvalid
// is deasserted on reset (active low). axi_rresp and axi_rdata are
// cleared to zero on reset (active low).
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_rvalid <= 0;
axi_rresp <= 0;
end
else
begin
if (axi_arready && S_AXI_ARVALID && ~axi_rvalid)
begin
// Valid read data is available at the read data bus
axi_rvalid <= 1'b1;
axi_rresp <= 2'b0; // 'OKAY' response
end
else if (axi_rvalid && S_AXI_RREADY)
begin
// Read data is accepted by the master
axi_rvalid <= 1'b0;
end
end
end
// Implement memory mapped register select and read logic generation
// Slave register read enable is asserted when valid address is available
// and the slave is ready to accept the read address.
assign slv_reg_rden = axi_arready & S_AXI_ARVALID & ~axi_rvalid;
always @(*)
begin
// Address decoding for reading registers
case ( axi_araddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB] )
2'h0 : reg_data_out <= slv_reg0;
2'h1 : reg_data_out <= slv_reg1;
2'h2 : reg_data_out <= slv_reg2;
2'h3 : reg_data_out <= slv_reg3;
default : reg_data_out <= 0;
endcase
end
// Output register or memory read data
always @( posedge S_AXI_ACLK )
begin
if ( S_AXI_ARESETN == 1'b0 )
begin
axi_rdata <= 0;
end
else
begin
// When there is a valid read address (S_AXI_ARVALID) with
// acceptance of read address by the slave (axi_arready),
// output the read dada
if (slv_reg_rden)
begin
axi_rdata <= reg_data_out; // register read data
end
end
end
// Add user logic here
// User logic ends
endmodule
위 코드는 AXI4-Lite Interface의 Verilog Code다.
(일반적으로 AXI는 Address를 전달한 다음 Data를 전달하는 것이 일반적인 Interface 동작과정에 해당하지만 위 예시 코드는 Address와 Data가 전부 존재할 때 Address와 Data를 함께 전달하도록 작성되어 있다.)
Simulation 확인
Vivado에서 기본적으로 제공하는 AXI Interface의 Simulation을 확인할 수 있다.
(AXI4-Lite에서는 Multiple Outstanding을 제공하지 않는다. (간단히 말해 여러개의 요청을 동시에 처리하지 못한다는 의미다. -> Write, Read가 동시에 동작하지 못한다.) 하지만 실제 AXI Interface는 여러개의 요청을 동시에 처리 가능하다.)
Write Simulation
assign slv_reg_wren = axi_wready && S_AXI_WVALID && axi_awready && S_AXI_AWVALID;위 AXI 코드에서 slv_reg_wren 신호가 1일 때 Address와 Data가 일괄적으로 전달되어 Register에 저장되는 것을 확인할 수 있다.
if (axi_awready && S_AXI_AWVALID && ~axi_bvalid && axi_wready && S_AXI_WVALID)
begin
// indicates a valid write response is available
axi_bvalid <= 1'b1;
axi_bresp <= 2'b0; // 'OKAY' response
end // work error responses in future
else마찬가지로 BVALID 신호의 경우 Address, Data의 READY 신호가 1일 때 HIGH 신호로 변경된다.
(Multiple Outstanding을 제공하지 않기 때문에 Address, Data에 전송이 한번에 이루어진다.)
Write Address를 보게되면
- 00의 Address가 주어지고 있고, AWVALID, AWREADY 신호가 1일 때 00 주소에 Write Address가 전달된다.
Write Data를 보게되면
- 00000001의 Data가 주어지고 있고, WVALID, WREADY 신호가 1일 때 00주소에 00000001 Data가 전달된다.
위 Code를 확인해보면 AW, WREADY가 1이 되면 BVALID가 HIGH 신호를 전달하게 되고, Write 작업이 끝나게 된다.
이후 두번째 세번째 Write도 동일하게 작동한다.
Read Simulation
assign slv_reg_rden = axi_arready & S_AXI_ARVALID & ~axi_rvalid;
...
...
if (slv_reg_rden)
begin
axi_rdata <= reg_data_out; // register read data
endRead도 마찬가지로 VALID와 READY가 1이고, rvalid가 0일 때 slv_reg_rden 신호가 HIGH가 될 때 axi_rdata를 내보내게 된다.
rvalid의 경우 arready와 ARVALID가 1이고, rvalid가 0일 때 다음 Clock에 rvalid가 1이되고, rvalid가 RREADY가 1이 되면 rvalid가 다시 0이 된다.
arready와 ARVALID가 1일 때 rvalid가 0일 때 Data를 전달하는 이유는 Read의 경우 Slave에서 Data를 준비해놓고, Master에서 READY 신호를 보내면 보내야하기 때문이다. (Write와 반대 구조)
코드에서 확인한 바와 같이 Simulation에서도 ARVALID, ARREDY 신호가 HIGH, RVALID가 LOW 신호가 들어오고 난 뒤
한 Clock이 지난 다음 Data를 전달함과 동시에 RVALID 신호를 HIGH로 만들어 준다.
ARVALID, ARREADY가 HIGH, RVALID가 LOW 신호 일 때 Wirte 때 입력한 Data가 출력되는 것을 확인할 수 있다.
위 Code와 Simulation을 통해 AXI4-Lite Interface의 동작 과정을 확인할 수 있었고 이를 응용하여 PS-PL 사이의 Data를 주고 받을 수 있게 된다.
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