AMBA總線協議（六）—— 一文看懂 AXI3 協議原子訪問2

AMBA總線協議（六）—— 一文看懂 AXI3 協議 原子訪問 2

1. AMBA總線協議（一）—— 一文看懂APB總線協議
2. AMBA總線協議（二）—— 一文看懂AMBA2 AHB2與AMBA3 AHB-Lite總線協議的區別
3. AMBA總線協議（三）—— 一文看懂AHB總線所有協議總結（AHB2 & AHB-Lite & AHB5 ）
4. AMBA總線協議（四）—— Multi-Layer AHB System (多層AHB總線架構)
5. AMBA總線協議（五）—— AXI3 協議介面信號介紹1
6. AMBA總線協議（六）—— 一文看懂 AXI3 協議原子訪問2

AXI協議還規定了怎么開發獨占和鎖定訪問機制

原子訪問：

1. 主要型別：

為了使原子訪問的開發更加簡單，使用ARLOCK[1:0]/AWLOCK[1:0]信號提供獨占訪問和鎖定訪問：

2. 獨占訪問：

1. 獨占訪問介紹：

a) 獨占訪問機制使得信號量型別操作（semaphore type operations）的開發不需要總線在操作期間保持對某一個特定主機的鎖定；
舉個簡單例子理解信號量：

• 以一個停車場的運作為例，簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的，這時如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛直接進入，然后放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此后來的車也都不得不在入口處等待，這時，有一輛車離開停車場，看門人得知后，打開車攔，放入外面的一輛進去，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復，
  在這個停車場系統中，車位是公共資源，每輛車好比一個執行緒，看門人起的就是信號量的作用

b) 獨占訪問的優點是既不會影響關鍵總線訪問的延遲，也不會影響最大可達到的帶寬；

c) ARLOCK[1:0]/AWLOCK[1:0]信號選擇獨占訪問；
RRESP[1:0]、BRESP[1:0]信號表示獨占訪問成功或失敗；

d) 從機必須具有額外的邏輯來支持獨占訪問，AXI協議提供了一個自動防故障（fail-self）機制來表示當一個主機嘗試對一個不支持獨占訪問的從機進行獨占訪問；

2. 獨占訪問基本程序：

a) 主機執行一個某地址位置的獨占傳輸

b) 一段時間之后，主機通過執行一個到相同地址位置的獨占寫，來嘗試結束獨占操作；

c) 主機獨占寫訪問的結果表示為：

• i) 在讀和寫訪問之間，如果沒有其他主機對該位置進行寫，則獨占訪問成功；
• ii) 在讀和寫訪問之間，如果任何主機對該位置進行了寫，則獨占訪問失敗，在這種情況下，地址位置不會被更新；

d) 注意：

• i) 一個主機可能還沒有完成一個獨占操作的寫操作部分，獨占訪問對硬體的監視，必須只能監視每個事物ID的一個地址；
• ii) 因此，如果一個主機沒有完成獨占操作的寫操作部分，則接下來的一個獨占寫會改變正在被獨占地監視的地址；

3. 主機進行獨占訪問：

a) 主機通過執行一個獨占讀來開始一個獨占操作，獨占操作通常從從機回傳一個EXOKAY回應，表示從機記錄了要被監視的地址

b) 注意：

• i) 如果主機嘗試從一個不支持獨占訪問的從機執行一個獨占讀操作，則從機回傳OKAY回應，而不是EXOKAY回應，表示獨占訪問失敗；
• ii) 主機可將這種情況當做錯誤條件，表示不支持獨占訪問，推薦主機在這種情況下，不執行該獨占操作的寫操作部分；

c) 如果從機獨占讀之后地址位置發生了改變，則獨占寫操作失敗，從機回傳OKAY回應，代替EXOKAY回應，獨占寫操作不會更新memory位置；

d) 一個主機可能沒有完成獨占訪問的寫操作部分，如果發生這種情況，則從機繼續監視獨占的地址，直到另一個獨占讀操作開始一個新的獨占訪問；

e) 在獨占訪問的讀操作完成之前，主機不能開始獨占訪問的寫操作部分；

4. 從機視角的獨占訪問：

a) 一個不支持獨占訪問的從機可以忽視ARLOCK[1:0]/AWLOCK[1:0]信號，從機必須為正常訪問和獨占訪問提供一個OKAY回應；

b) 一個支持獨占訪問的從機必須具有監控電路，對于這種從機，推薦具有一個監控單元，用來監控可訪問該從機的每個可獨占訪問的主機ID，
一個單埠從機可以具有一個從機外部的標準獨占訪問監控器，但是多埠的從機可能要求內部監控器；

c) 獨占訪問監控器記錄任何獨占讀操作的地址和ARID值，之后監控器一直監控該位置，直到一個到該位置的寫操作發生，或者直到相同的ARID值的另一個獨占讀操作將監控器復位到一個不同的地址；

d) 當一個具有給定的AWID值的獨占寫操作發生，則監控器會檢查該地址是否正在被獨占監控;

• i) 如果是，則表示獨占寫操作之前，該位置沒有發生寫操作，獨占寫操作會繼續執行，來完成獨占訪問，
• ii) 從機回傳EXOKAY回應到主機；

e) 如果獨占寫發生時，地址不再被監控，則表示有以下一種情況：

• i) 從機獨占讀之后，位置被更新；
• ii) 監控器已經被復位到另一個位置

f) 以上兩種情況下，獨占寫操作都不能更新地址位置，并且從機必須回傳OKAY回應，代替EXOKAY回應；

5. 獨占訪問約束：

a) 獨占訪問約束

i) 一個給定ID的獨占寫的大小和長度必須和前一個具有相同ID的獨占讀的大小和長度相同；

ii) 一個獨占訪問的地址必須被對齊到事務中總共的位元組數；

iii) 獨占讀和獨占寫的地址必須一致；

iv) 獨占訪問中獨占操作部分的ARID必須和寫操作部分的AWID相同；

v) 獨占訪問中讀和寫部分的控制信號必須一致

vi) 一個獨占訪問突發中要被傳輸的位元組數必須是2的次冪，即1,2,4,8,16,32,64,128；

vii) 一個獨占突發中最大可被傳輸的位元組數為128；

viii) ARCACHE[3:0]/AWCACHE[3:0]的值必須保證監控獨占訪問的從機要能看見事務

• 例如一個正在被從機監視的獨占訪問不能具有一個表示該事物是可高速快取的ARCACHE[3:0]/AWCACHE[3:0]值；

b) 不遵循以上約束會導致不可預測的行為：

i) 在一個獨占操作期間，被監控的最小位元組數由事務的長度和大小定義；

ii) 監控一個更大的位元組數是可接受的，最大為128，即一個最大的獨占訪問；

iii) 但是這可能會混淆：當獨占訪問成功了，但因為一個鄰近的位元組被更新，卻被標示為失敗；

6. 不支持獨占訪問的從機

a) 回應信號BRESP[1:0]/RRESP包含一個用于正常訪問成功的OKAY信號，以及一個獨占訪問成功的EXOKAY回應；

b) 一個不支持獨占訪問的從機，可以提供一個OKAY回應來表示獨占訪問的失敗；

c) 注意：

• i) 一個到不支持獨占訪問從機的獨占寫會始終更新memory位置；
• ii) 一個到支持獨占訪問從機的獨占寫，只有該獨占寫成功后，才更新memory位置；

3. 鎖定訪問

a) 當一個事務的ARLOCK[1:0]/AWLOCK[1:0]信號表示該事物是一個鎖定的傳輸時，互聯必須確保只有發送該事務的主機才能被允許訪問從機區域，直到從同一個主機發出的一個非鎖定傳輸完成；
互聯中的仲裁器可以執行該限制；

b) 當一個主機開始一個鎖定的讀或寫事務序列，主機必須保證沒有其他outstanding事務正在等待完成；

c) 任何ARLOCK/AWLOCK表示一個鎖定序列事務，會強制互聯鎖定接下來的事務，因此，一個鎖定的序列，其最后一個事務不能是ARLOCK/AWLOCK表示為鎖定訪問的事務，鎖定序列必須始終以這樣的最后一個事務來結束序列，這個最后的事務被包含進鎖定的序列，作用是解除鎖定；

d) 當結束一個鎖定序列時，主機必須保證所有之前鎖定事務都完成后，才能發送最后一個非鎖定的事務；
之后主機必須確保最后一個非鎖定事務以及完全完成，之后才能開始其他事務；

e) 主機必須確保在一個鎖定序列中，所有的事務都具有相同的ARID和AWID值；

f) 注意：

• 鎖定訪問要求互聯在鎖定序列處理期間要阻止任何其他事務的發生，會對互聯的性能產生影響；
• 推薦鎖定訪問僅用于支持遺留的設備；

g) 以下約束推薦，但不強制

• 將所有鎖定事務序列保持在相同的4KB地址區域內；
• 將鎖定事務序列限制為2個事務；