SOPC技术基础教程 第4章 Avalon总线规范(上)

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1、第4章Avalon总线规范4.1Avalon总线简介总线的定义：（1）总线最初是指计算机系统中各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路，例如PCI总线。（2）随着电子计算机技术和通信技术的发展，总线的概念也被更广泛的使用，现在总线一词不仅用于表示计算机系统中的信号线的集合，也用于表示各种通信系统，例如现场总线，USB总线，485总线。（3）简而言之，可以这样认为，总线就是一种通信规范以及规范的实现方法，不论是计算机系统还是通信领域。计算机总线的分类：（1）按相对于CPU或其它芯片的位置可分为：片内总线、

2、片外总线 ；（2）按总线的功能可分为：地址总线、数据总线、控制总线；（3）按总线的层次结构可分为：CPU总线、存储总线、系统总线、外部总线；Avalon总线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。Avalon总线本身是一个数字逻辑系统，它在实现“信号线汇接”这一传统总线功能的同时，增加了许多内部功能模块，引用了很多新的方法，比如从端仲裁模式，多主端工作方式，延时数据传输，这些功能使得在可编程逻辑器件中可以灵活

3、的实现系统增减和IP复用。Avalon总线是一个设计用于在基于FPGA的片上系统中连接片内处理器和片内外设的总线结构。设计这样一个系统总线结构，主要考虑了一下三个目标：1.简化片上系统的互联规则，提供一种易用的接口。2.为总线逻辑优化节省系统资源。3.同步工作模式。Avalon总线是用于处理器与片内/外外设互连的技术，这就决定了Avalon总线具有以下的一些特点：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：

4、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。tobecontinuedcontinue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

5、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。Avalon总线结构采用交换式的总线结构，与传统的总线结构有着显著的优点。采用Avalon交换架构，每个总线主机均有自己的专用互联，总线主机只需抢占共享从机，而不是总线本身。每当系统加入模块或者外设接入优先权改变时，SOPCBuilder利用最少的FPGA资源，产生新的最佳Avalon交换架构。Avalon交换架构支持多种系统体系结构，如单主机/多主机系统，可实现数据在外设与性能最佳数据通道之间的无缝传输。Avalon交换架构同样支持用户所设计的片外处理器和外设。

6、Avalon交换式总线结构支持数据总线的复用、等待周期的产生、外设的地址对齐以及高级的交换式总线传输。Avalon总线在SOPCBuilder中添加外设之后会自动生成，并且会随着外设的添加和删减而自动调整，最终的Avalon总线结构是针对外设配置而生成的一个最佳结构。所以对于用户来说，如果只是使用已经定制好的符合Avalon总线规范的外设来构建系统，不需要了解Avalon总线规范的细节，但是对于要自己设计外设的用户来说，开发的外设必须要符合相应的Avalon总线的规范，否则设计的外设也无法集成到系统中去。Altera提供了Avalo

7、n的接口规范，供设计者开发自己的外设和更好地使用外设。该规范向读者描述了诸如微处理器、存储器、UART等主从外设的基于地址的读/写接口的基本知识。Avalon接口规范给出了主从外设间的端口连接关系，通信的时序关系，支持的多种传输方式。设计者可以不去了解Avalon交换结构的实现细节，只要掌握其同外设相连接的接口。4.2Avalon总线基本概念4.2.1Avalon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

8、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。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Ava