第4章节Avalon总线bus的规范

总线结构。
SOPC Builder利用最少的FPGA资源，产生新的最佳Avalon交 换架构。
4.2 Avalon总线基本概念
4.2.1 Avalon外设和交换架构 一个基于Avalon接口的系统会包含很多功能 模块，这些功能模块就是Avalon存储器映射 外设，通常简称Avalon外设。所谓存储器映 射外设是指外设和存储器使用相同的总线来 寻址，并且CPU使用访问存储器的指令也用 来访问I/O设备。为了能够使用I/O设备， CPU的地址空间必须为I/O设备保留地址。

4.2.3 主端口和从端口


Avalon端口就是完成通信传输的接口所包含的一组Avalon 信号。Avalon端口分为主端口和从端口，主端口可以在 Avalon总线上发起数据传输，目标从端口在Avalon总线上 响应主端口发起的数据传输。一个Avalon外设可能有一个 或多个主端口，一个或多个从端口，也可能既有多个主端口， 又有多个从端口。 Avalon的主端口和从端口之间没有直接的连接，主、从端 口都连接到Avalon交换架构上，由交换架构来完成信号的 传递。在传输过程中，主端口和交换架构之间传递的信号与 交换架构和从端口之间传递的信号可能有很大的不同。所以， 在讨论Avalon传输的时候，必须区分主从端口。
第4章 Avalon总线规范
4.1 Avalon总线简介
Avalon总线由ALTERA公司提出，用于在基于 FPGA的片上系统中连接片内处理器和片内外设的总线 结构。 连接到Avalon总线的设备分为主从设备，并各 有其工作模式。 简单性，易于理解、易于使用。 占用资源少，减少对FPGA片内资源的占用。 高性能，Avalon总线可以在每一个总线时钟周期 完成一次数据传输。 专用的地址总线、数据总线和控制总线：这样 Avalon总线模块和片上逻辑之间的接口的得以简化， Avalon外设不需要识别数据和地址周期。
将Avalon外设连接起来，构成一个大的系统的片上
互连逻辑就是Avalon交换架构。
Avalon交换架构是一种可自动调整的结构，
随着设计者不同设计而做出最优的调整。可以 看到外设和存储器可以拥有不同的数据宽度， 并且这些外设可以工作在不同的时钟频率。 Avalon交换架构支持多个主外设，允许多个 主外设同时在不同的从外设进行通信，增加了 系统的带宽。这些功能的实现都是靠Avalon 交换架构中的地址译码、信号复用、仲裁、地 址对齐等逻辑实现的。 本章重点讨论Avalon外设和Avalon交换架构 之间的互连，主要研究接口级的行为，不关注 其内部实现。
Avalon外设包括存储器，处理器、UART、
PIO、定时器和总线桥等。还可以有用户自定 义的Avalon外设，用户自定义的外设能称之 为Avalon外设，要有连接到Avalon结构的 Avalon信号。 Avalon外设分为主外设和从外设，能够在 Avalon总线上发起总线传输的外设是主外设， 从外设只能响应Avalon总线传输，而不能发 起总线传输。主外设至少拥有一个连接在 Avalon交换架构上的主端口，主外设也可以 拥有从端口，使得该外设也可以响应总线上其 它主外设发起的总线传输。
4.2.4 传输
传输是指在Avalon端口和Avalon交换架构之间的 数据单元的读/写操作。Avalon传输一次可以传输 高达1024位的数据，需要一个或多个时钟周期来完 成。在一次传输完成之后，Avalon端口在下一个时 钟周期可以进行下一次的传输。 Avalon的传输分成两个基本的类别：主传输和从传 输。Avalon主端口发起对交换架构的主传输。 Avalon从端口响应来自交换架构的传输请求。传输 是和端口相关的：主端口只能执行主传输，从端口 只能执行从传输。
4.2.2 Avalon信号
Avalon 接口定义了一组信号类型 ( 片选、读使能、 写使能、地址、数据等 ) ，用于描述主 / 从外设上基 于地址的读写接口。 Avalon 信号的可配置特性是 Avalon 接口与传统总 线接口的主要区别之一。Avalon外设可以使用一小 组信号来实现简单的数据传输，或者使用更多的信 号来实现复杂的传输类型。例如ROM接口只需要地 址、数据和和片信号就可以了， 而高速的存储控制 器可能需要更多的信号来支持流水线的突发传输。
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支持高达1024位的数据宽度，支持不是2的偶数幂 的数据宽度。 支持同步操作，所有Avalon外设的接口与Avalon交 换架构的时钟同步，不需要复杂的握手/应答机制。 简化了Avalon接口的时序行为，而且便于集成高速 外设。 支持动态地址对齐，可以处理具有不同数据宽度的 外设间的数据传输，Avalon总线的自动地址对齐功 能将自动解决数据宽度不匹配的问题，不需要设计 者的干预。 Avalon总线规范是一个开放的标准，用户可以在未 经授权的情况下使用Avalon总线接口来自定义外设。
4.3 Avalon信号



Avalon接口规范定义了Avalon外设使用的信号类型，如地 址、数据、片选信号等等。根据外设逻辑接口的需求， Avalon外设可以使用任何类型的Avalon信号。 Avalon接口规范还定义了每种信号类型的行为。Avalon端 口上的信号和信号类型是一一对应的，Avalon主/从端口的 每一个信号必定属于某类的Avalon信号类型。一个Avalon 端口每一种信号类型只能有一个信号实例。 根据端口的属性，可以将Avalon信号类型分为主信号或者 从信号。有些信号在主端口和从端口的接口上都存在，但是 信号的行为是不相同的。

4.2.5 主从端口对
主从端口对是指在数据传输过程中，通过
Avalon交换架构相连接起来的主端口和从端 口。 在传输过程中，主端口的控制和数据信号通 过Avalon交换架构和从端口相交互。
4.2.6 周期
周期是时钟的基本单位，定义为特定端口的
时钟信号的一个上升沿到下一个上升沿之间 的时间。完成一次传输最少要一个时钟周期。