AXI协议中的几个关键特性，包括Burst传输、Outstanding、Out-of-Order以及Interleaving，并解释它们如何在系统中协同工作，以提升数据传输效率。
1. AXI总线上的正常Burst传输
AXI协议是基于事务（Transaction）的，其中事务传输通常采用Burst模式。一个正常的Burst传输过程如下图所示：
- 读操作：主机（Master）向从机（Slave）发送读地址，并等待从机返回数据，之后主机继续发送下一个读地址，依此类推。
- 写操作：主机发送写地址和数据，从机返回响应信号，完成当前事务，主机继续发送下一个写地址和数据。
在这个过程中，AXI总线采用了较为简单的顺序传输方式，即数据的传输和地址的发送是紧密绑定的，主机必须等待上一次的传输完成后，才能开始下一次的传输。
2. Outstanding（超前传输）
Outstanding是AXI协议中非常重要的特性，它允许主机在等待上一笔事务完成之前，发起下一笔事务的请求，从而实现“超前传输”或“并行处理”。这一机制大大提高了系统的吞吐量，减少了总线空闲时间。
2.1 Outstanding的含义
从字面上理解，Outstanding指的是“在途”的事务。即使上一笔事务尚未完成，主机也可以继续发起新的请求，这为系统提供了更高的并行性和效率。这样，多个事务可以并行处理，从而提升数据传输的速度。
2.2 如果Slave不支持Outstanding，如何响应？
在AXI协议中，若从机（Slave）不支持Outstanding，它会通过在接收到事务后，设置AxREADY信号为低，来阻止主机进行超前传输。只有等到当前事务的数据返回并将AxREADY信号设置为高时，主机才能发起下一个事务。
2.3 Outstanding的实现
AXI协议通过读写通道（AR/AW channel）和响应通道（response channel）上的信号来管理Outstanding的实现。每个事务通过这些通道的信号来标识其是否完成，主机可以根据这些信号来判断是否继续发起新事务。
如图所示，当地址A11发出后，主机并未等待数据D11~D14的传输完成，便继续发出了A21地址请求。这就是Outstanding的典型应用场景。
2.4 Outstanding能力
当AXI的Outstanding能力为1时，主机必须等待每一笔事务的完成才能发起下一个事务，这样的系统吞吐量较低。而当Outstanding能力大于1时，主机可以并行发起多个事务，提高了系统的整体性能。
例如，当Outstanding能力为2时，主机可以连续发送2个读地址命令，并等待数据返回后，再继续发起更多的请求。此时，如果数据返回较慢，系统可能需要等待，但在其他事务的数据传输进行时，系统的整体效率仍然能够得到提升。
3. Out-of-Order（乱序）
Out-of-Order（乱序）是AXI协议中的另一个重要特性，它允许不同事务的响应数据在顺序上有所不同。换句话说，主机发出的请求可能并不会按照请求顺序依次返回数据，而是根据数据准备情况“乱序”返回。
3.1 Out-of-Order的含义
当多个事务在途时，它们的返回数据并不一定按发送顺序返回。例如，在数据传输过程中，较慢的事务可能会被更快的事务超越，这就是乱序操作。AXI通过事务ID（AWID、ARID、WID、RID）来标识和区分不同的事务，从而使得主机能够正确地将返回的数据匹配到对应的请求。
3.2 Out-of-Order的应用
乱序操作通常用于提高系统的吞吐量。例如，如果多个存储区域的访问速度不同，可以让较快的存储区域优先返回数据，而不必等待慢速区域的数据传输完成，这样就减少了延迟，提升了整体性能。
4. Interleaving（交织）
Interleaving（交织）指的是在多个事务的数据传输中，不同事务的数据可以交替进行。例如，主机可以同时发出两个事务的不同数据，并将这些数据交织在一起进行传输。
4.1 交织的定义
交织指的是不同事务的数据能够“交错”传输。例如，事务1的数据是0a和0b，事务2的数据是1a和1b。如果支持交织，数据的传输顺序可能是0a、1a、0b、1b，而不是按事务顺序依次传输0a、0b、1a、1b。
4.2 交织的实现
交织操作通过读数据和写数据的ID（RID和WID）来区分不同事务的数据。对于写交织来说，WID提供了标识不同事务的数据传输顺序；对于读交织，RID起到了类似的作用。通过这些标识，AXI协议能够在数据传输时保持正确的顺序。
5. Outstanding、Out-of-Order与Interleaving的区别与联系
这三者是AXI协议中重要的特性，它们之间既有区别也有联系：
- Outstanding：允许主机在等待数据返回之前发起新的事务，提升了系统的并行性。
- Out-of-Order：事务的响应顺序不一定与发送顺序一致，提高了系统的吞吐量。
- Interleaving：同一时刻可以交替传输来自不同事务的数据，减少了传输延迟。
虽然这三者都能提升系统性能，但它们的实现机制有所不同。Outstanding关注的是地址的传输，而Out-of-Order和Interleaving则侧重于事务的响应顺序和数据的交织传输。通过合理的设计和配置，可以大幅提升AXI总线的带宽利用率和系统吞吐量。
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2024/11/17/AMBA/AXI总线协议的深入解析：从Burst传输到Outstanding-Out-of-Order与Interleaving/
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