AXI协议乱序传输机制解析：提升SoC性能的关键设计

AXI 协议 Out-of-Order 传输机制

概述

AXI (Advanced eXtensible Interface) 协议支持乱序传输 (Out-of-Order) 机制，这是一种重要的性能优化特性，允许数据传输不按照发起顺序完成，从而提高总线带宽利用率和系统整体性能。

基本原理

通道独立性

AXI 协议包含 5 个独立通道，支持乱序传输：

• AR (Address Read): 读地址通道
• R (Read Data): 读数据通道
• AW (Address Write): 写地址通道
• W (Write Data): 写数据通道
• B (Write Response): 写响应通道

ID（Identifier）

• 标识: 每个 AXI 事务都包含一个唯一的 ID 标识符
• ID 位宽: 通常为 4-8 位，支持最多 16-256 个并发事务
• 独立跟踪: Master 可以通过 ID 来跟踪和匹配请求与响应

ID的类型：

名字	位宽	含义
AWID	ID_W_WIDTH	写通道的标识(write request)
BID	ID_W_WIDTH	写通道的标识(write response)
ARID	ID_R_WIDTH	读通道的标识（read request）
RID	ID_R_WIDTH	读通道的标识(read data)
WID	ID_R_WIDTH	写通道的标识（write data）

注： WID用于交织，但是在后续的协议中，被移除了

Out-of-Order 传输特性

写乱序

• 写地址和写数据可以乱序发送
• 写响应可以乱序返回
• 但同一 ID的写地址必须在写数据之前或同时到达

如下图所示：

1. 先后发出的地址为A，ID为0的写请求、地址为B,ID为1的写请求，以及地址为C，ID为0的写请求
2. 同样是写，蓝色的写请求先于红色，但是红色的写操作先完成了，先返回相应，返回的响应是乱序的
3. 红色的写数据，可以穿插在蓝色的写数据之中，也就是交织；但是由于设计过于复杂，后续协议已将WID删除
4. 对于同一ID而言，内部的顺序是必须一致的

读乱序

读乱序与写乱序实际差不多，有一点需要注意，写操作只有完成同一ID的最后一个才会返回对应的WID；读操作每读一次，对应返回对应的RID

如下图：

1. 先发送的读请求和地址的后返回数据—>乱序
2. 红色的读操作先完成，同时支持不同ID之间的乱序
3. 红色的读之间支持蓝色的读，支持交织
4. 同一ID之间是按顺序的

总结

AXI 的 out-of-order 传输机制是现代高性能 SoC 设计的关键特性，通过合理的 ID 管理和灵活的顺序约束，在保证数据一致性的前提下，显著提升了系统的并发性能和资源利用率。在实际应用中，需要根据具体的系统需求和性能目标，合理设计相关的硬件架构和验证策略。
和灵活的顺序约束，在保证数据一致性的前提下，显著提升了系统的并发性能和资源利用率。在实际应用中，需要根据具体的系统需求和性能目标，合理设计相关的硬件架构和验证策略。