深入理解AXI協(xié)議中的outstanding/out-of-order/interleaving（四）

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本文作者：烓圍瑋未。主要從事ISP/MIPI/SOC/車規(guī)芯片設(shè)計(jì)/SOC架構(gòu)設(shè)計(jì)
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為了詳細(xì)了解，outstanding，out-of-order，interleaving對(duì)傳輸?shù)挠绊懀�繼續(xù)進(jìn)行場(chǎng)景分析。
在分析了各種場(chǎng)景下outstanding，out-of-order，interleaving的好處后，對(duì)更復(fù)雜的場(chǎng)景，比如soc中多master訪問(wèn)多個(gè)slave的情況，這些可以分解為基本場(chǎng)景，只是在總線部分有些差異，這些主要是總線設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
下面主要討論一下，在支持outstanding，out-of-order，interleaving的情況下，對(duì)ID的處理。
1. 一個(gè)master訪問(wèn)兩個(gè)salve
先分析一下一個(gè)master訪問(wèn)兩個(gè)slave的ID使用。

假設(shè)Master OST=4, Master先給Slave0發(fā)了一個(gè)ID=0的命令，那么Master能否繼續(xù)以ID=0給Slave1發(fā)送命令呢？
結(jié)論是不行：

BUS區(qū)分訪問(wèn)slave0還是slave1是按照地址來(lái)區(qū)分的，但是slave返回response給master的時(shí)候只有ID信息，沒(méi)有address信息。所以BUS和master是沒(méi)有辦法來(lái)區(qū)分返回response是來(lái)自slave0還是slave1的，BUS會(huì)等到第一個(gè)ID0的response返回了，再發(fā)送第二個(gè)ID0的transaction。實(shí)際使用的系統(tǒng)總線比如NOC,NIC都不能支持相同ID的outstanding發(fā)給不同的slave。傳輸如下圖所示：

可以看到，如果master只能發(fā)送一個(gè)ID的outstanding，在發(fā)送給不同slave的時(shí)候outstanding機(jī)制失效了！但是如果master是發(fā)送給同一個(gè)master，那么還是能繼續(xù)發(fā)送多個(gè)transaction：

另外，提醒一下，outstanding是master在沒(méi)收到response的時(shí)候，最多能發(fā)送到命令個(gè)數(shù)，實(shí)際發(fā)送多少命令還是看master的需求。
對(duì)于一個(gè)master訪問(wèn)兩個(gè)（或者多個(gè)）slave的情況，通過(guò)以上分析我們可以得到以下結(jié)論：
Master通過(guò)outstanding訪問(wèn)不同slave的時(shí)候，必須采用不同的ID，有多少slave就需要使用多少個(gè)ID;
Master通過(guò)outstanding訪問(wèn)相同slave的時(shí)候，可以采用相同的ID，也可以采用不同ID;
[/ol]實(shí)際在進(jìn)行總線設(shè)計(jì)的時(shí)候，即需要匹配ID和outstanding個(gè)數(shù)。
2. 兩個(gè)master訪問(wèn)兩個(gè)salve
現(xiàn)在增加到兩個(gè)master，那么兩個(gè)master如果都通ID=0訪問(wèn)Slave0，會(huì)發(fā)生什么事情呢？BUS和Slave0無(wú)法區(qū)分傳輸來(lái)自master0還是master1。解決方式就是通過(guò)修改ID，給每個(gè)master增加一個(gè)唯一的master ID，如下圖所示：

這樣BUS傳輸?shù)膖ransaction的ID就是MID+AXI ID的組合，因?yàn)镸ID對(duì)整個(gè)SOC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是唯一的，所以slave能精確區(qū)分命令的來(lái)源，BUS也能精確把response送給對(duì)應(yīng)masters。這個(gè)方案也是大部分實(shí)際SOC采用的方案，即：給SOC中所有的master增加唯一的master ID。
至于MID+AXI ID怎么組合，可以直接把MID作為AXI ID的高位，也可以通過(guò)hash再編碼，一般這個(gè)在系統(tǒng)BUS里處理。
這個(gè)多master訪問(wèn)就和單master訪問(wèn)多slave也是類似的，只是多master需要在bus做仲裁，可以簡(jiǎn)化為延時(shí)增大了。
3. 一個(gè)AXI傳輸訪問(wèn)兩個(gè)salve
有沒(méi)有可能，一個(gè)master發(fā)送一筆transaction，同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)slave呢？正常情況是沒(méi)有，非常特殊情況下，確實(shí)存在，比較常見(jiàn)的是DDR interleaving訪問(wèn)。除了這個(gè)外，基本上不允許一個(gè)master發(fā)送一筆transaction，同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)slave的。AXI的跨4K限制就是為了限制這種情況。
但是SOC為了訪問(wèn)帶寬，并且把帶寬均分到多個(gè)DDR，一般會(huì)支持DDR的interleaving訪問(wèn)。也就是系統(tǒng)總線會(huì)主動(dòng)的把一筆transaction拆分到兩個(gè)DDR或者多個(gè)DDR，如下圖所示：

訪問(wèn)每個(gè)DDR的burst大小變小了，具體大小和interleaving的分拆大小有關(guān)，這也是系統(tǒng)總線的核心參數(shù)。
Burst拆分會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，比如如果順序是A00,A01, 但是DDR0/1的響應(yīng)是B01,B00返回怎么處理呢？這里BUS就需要先排序再合并后返回到master，所以這里需要增加reorder buffer。

reorder buffer基本上必備的，因?yàn)槟悴荒鼙ＷCDDR0/1響應(yīng)返回的順序，所以為了傳輸正確性，一定要進(jìn)行重排。同樣，進(jìn)行讀的時(shí)候也需要重排，由于讀返回的是數(shù)據(jù)和response，所以reorder buffer開(kāi)銷還是非常大的。
關(guān)于多master訪問(wèn)DDR，這個(gè)是SOC設(shè)計(jì)的核心和重點(diǎn)，后面會(huì)專門分析，這里就先不展開(kāi)了。
后記
技術(shù)很重要，技術(shù)背后的思想更重要！
技術(shù)背后的某些思想就是你解決以后問(wèn)題的鑰匙。我的文章可能一篇中知識(shí)點(diǎn)不太多，但是力求讓你能深入理解，為你進(jìn)階打下基礎(chǔ)。如果有一點(diǎn)點(diǎn)收獲，也算是我對(duì)中國(guó)芯片行業(yè)的一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)吧。
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