本系列我想深入探尋 AXI4 總線。不過(guò)事情總是這樣，不能我說(shuō)想深入就深入。當(dāng)前我對(duì) AXI總線的理解尚談不上深入。但我希望通過(guò)一系列文章，讓讀者能和我一起深入探尋 AXI4。

歡迎來(lái)到深入 AXI4 總線的實(shí)戰(zhàn)篇，系列第二篇文章中，我們將首先了解調(diào)用 AXI VIP 產(chǎn)生激勵(lì)與響應(yīng)的方法，并完成一個(gè)小目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)三種情況下的握手信號(hào)。

關(guān)于平臺(tái)移植

本文的實(shí)戰(zhàn)在第一篇的示例工程上，新建 tb 來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的功能。新建 tb 中的邏輯由 demo tb 的內(nèi)容搬運(yùn)簡(jiǎn)化而來(lái)。

本來(lái)計(jì)劃新建一個(gè)工程，但是閱讀 PG267 （IP 核的產(chǎn)品文檔）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前 Vivado 對(duì)于該 IP 的支持還比較弱，需要將 IP 的實(shí)例名以及層次路徑硬編碼至 tb 中，如果新建工程還比較麻煩。所以本文暫時(shí)還是在 example 的基礎(chǔ)上展開(kāi) 。

想要重新搭建工程的讀者請(qǐng)注意閱讀 demo tb 開(kāi)頭的說(shuō)明，或者 PG267 第六章中的內(nèi)容。

本文的場(chǎng)景為主機(jī)與從機(jī)之間通過(guò) Pass-through （以后叫 ta 中間機(jī)？）進(jìn)行通信。從機(jī)選用 mem 模式，有自己的存儲(chǔ)模型，即使用 mem_stimulus.sv 作為激勵(lì)。關(guān)于存儲(chǔ)模型，我們將在后續(xù)的文章中討論。

我們的改動(dòng)在于主機(jī)的激勵(lì)部分，以原先的 mst_stimulus.sv 為基礎(chǔ)，構(gòu)建我們自己的主機(jī)激勵(lì)，改動(dòng)后的 testbench 結(jié)構(gòu)如下圖所示。

是的，新的激勵(lì)加上了 headbig 字段，這來(lái)自于 深入 AXI4 總線 系列文章的英文名：Headbig AXI4。

VIP API 基本調(diào)用方式

PG 文檔中，Xilinx 表示 VIP 基于 SystemVerilog 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，同時(shí)在 API 的設(shè)計(jì)上，命名與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均參考了 UVM 框架，便于 VIP 在驗(yàn)證系統(tǒng)中的集成。由于本文的重點(diǎn)不在于 UVM 或者 API 的設(shè)計(jì)，因此僅跟著 demo 以及 PG 中的 API 調(diào)用流程過(guò)一遍。

主機(jī) master

首先來(lái)看主機(jī)，定義于 axi_vip_master_mst_stimulus.sv 中

為主機(jī) master ip 創(chuàng)建一個(gè) agent 對(duì)象，傳入 master ip 的層級(jí)路徑，后續(xù)通過(guò)該 agent 控制主機(jī) ip

agent = new("master vip agent",DUT.ex_design.axi_vip_mst.inst.IF);

通過(guò) agent 啟動(dòng)主機(jī)

agent.start_master();

在 fork ...join 并發(fā)塊中同時(shí)發(fā)出主機(jī)的讀寫(xiě)傳輸事務(wù)。

fork
 begin
  //調(diào)用寫(xiě)傳輸事務(wù) API
 end
 
 begin
  //調(diào)用讀傳輸事務(wù) API
 end
join

產(chǎn)生兩者的 API 結(jié)構(gòu)相似，我們以寫(xiě)傳輸事務(wù)為例。例程中依次使用了 3 種 API ，分別產(chǎn)生

完全隨機(jī)化的寫(xiě)傳輸事務(wù)

multiple_write_transaction_full_rand ("single write",1);

定制化的寫(xiě)傳輸事務(wù)

single_write_transaction_api("single write with api",
                   .id(mtestWID),
                   .addr(mtestWADDR),
                   .len(mtestWBurstLength), 
                   .size(mtestWDataSize),
                   .burst(mtestWBurstType),
                   .wuser(mtestWUSER),
                   .awuser(mtestAWUSER), 
                   .data(mtestWData)
                   );

部分隨機(jī)化的寫(xiě)傳輸事務(wù)

multiple_write_transaction_partial_rand(相關(guān)參數(shù));

我們常說(shuō)，不想知道 API 函數(shù)之下發(fā)生了什么的程序員不是好程序員，IC 工程師同樣如是。以較簡(jiǎn)單的定制化寫(xiě)傳輸事務(wù)函數(shù)為例，所謂函數(shù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè) sv task，以下是 task 中的主要內(nèi)容：

  axi_transaction                wr_trans;
  wr_trans = agent.wr_driver.create_transaction(name);
  wr_trans.set_write_cmd(addr,burst,id,len,size);
  wr_trans.set_prot(prot);
  //...
  wr_trans.set_data_block(data);
  agent.wr_driver.send(wr_trans); 

首先聲明一個(gè) axi 傳輸事務(wù)對(duì)象，然后在主機(jī) ip 的 agent 下建立傳輸事務(wù)。

通過(guò) API 函數(shù)設(shè)定寫(xiě)命令信息，設(shè)定傳輸屬性以及待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)類型為

bit [4 * 1024 * 8 - 1:0]

從機(jī) slave

接下來(lái)，我們看一下從機(jī)的相關(guān)流程，定義于 axi_vip_master_mem_stimulus.sv 中。

同樣為從機(jī)創(chuàng)建并啟動(dòng)相應(yīng) agent，此處與主機(jī)相似不表。

在 demo 中構(gòu)造了一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)作為后續(xù)對(duì)主機(jī)讀數(shù)據(jù)的回應(yīng)，因?yàn)楸疚牡闹饕ぷ魇堑玫轿帐中畔⒌牟ㄐ危虼瞬⒉粫?huì)實(shí)際存儲(chǔ)主機(jī)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，而是在主機(jī)讀取任意地址時(shí)，返回這個(gè)虛擬數(shù)據(jù)。

最后，從機(jī)調(diào)用 API 產(chǎn)生 wready 信號(hào)應(yīng)答

  task user_gen_wready();
   axi_ready_gen              wready_gen;
   wready_gen = agent.wr_driver.create_ready("wready");
   wready_gen.set_ready_policy(XIL_AXI_READY_GEN_OSC);
   wready_gen.set_low_time(1);
   wready_gen.set_high_time(2);
   agent.wr_driver.send_wready(wready_gen);
  endtask

此處表示 wready 信號(hào)在從機(jī)空閑時(shí)周期性生成，有效時(shí)間為 2/3，我們可以在后續(xù)的波形中看到。

握手波形

我們對(duì)主機(jī)的激勵(lì)代碼進(jìn)行修改，僅保留單次定制化的讀寫(xiě)傳輸事務(wù)，地址為 0x0，突發(fā)長(zhǎng)度為 0。在波形中我們得到了三種情況下的握手信號(hào)。

（1）VALID 信號(hào)等待 READY 信號(hào)

在 tb 中主機(jī)并行地啟動(dòng)讀寫(xiě)傳輸事務(wù)，AR/W VALID 同時(shí)置高，在等待從機(jī)給出 READY 信號(hào)后完成地址與控制信號(hào)的傳輸，此時(shí)地址為 0x0.

(2)READY 信號(hào)等待 VALID 信號(hào)

主機(jī)在發(fā)出讀傳輸事務(wù)后，置高 RREADY 信號(hào)等待接收從機(jī)返回的讀數(shù)據(jù)。在從機(jī)置高 RVALID 后，讀傳輸事務(wù)完成。

(3)READY 與 VALID 信號(hào)同時(shí)置起

在設(shè)置從機(jī)的 READY 信號(hào)類型時(shí)，我們?cè)O(shè)置為周期性置高 READY，從下圖中可以看到，READY 信號(hào)在送出 2 個(gè)周期高電平后置低 1 個(gè)周期。

在這個(gè)場(chǎng)景中，寫(xiě)數(shù)據(jù)通道中的 WREADY 信號(hào)正好與 WVALID 信號(hào)同時(shí)置起，解鎖了最后三種握手姿勢(shì)中的最后一種，OK 本文實(shí)戰(zhàn)篇收工了。

結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了 AXI VIP 中產(chǎn)生傳輸事務(wù)的基本方法。基于 demo 修改了一個(gè)簡(jiǎn)單純粹的例子，并基于這個(gè)例子觀察到了握手信號(hào)。