Burst

在AXI（Advanced eXtensible Interface）协议中，BURST信号用于指定突发传输（burst transfer）的类型。突发传输是一种传输模式，允许多个数据项在一个事务（transaction）中连续传输，从而提高总线的效率和吞吐量。它可以是固定突发（地址不变）、递增突发（地址线性递增）或包装突发（地址循环）。通过设置BURST和LEN信号，AXI协议可以高效地传输大量连续数据，提高总线利用率和系统性能。

BURST信号的定义

BURST信号是3位宽的，它定义了突发传输的类型。AXI协议支持以下几种突发类型：

1. 固定突发（FIXED burst）：在整个突发传输过程中，地址保持不变。
2. 递增突发（INCR burst）：每次传输后，地址递增一个数据项的大小。
3. 包装突发（WRAP burst）：地址在一个固定长度内循环（环形地址）。

具体的BURST信号编码如下：

BURST 值	突发类型	描述
0b000	FIXED	固定地址，不随传输而递增
0b001	INCR	地址递增，适用于线性数据传输
0b010	WRAP	地址循环，用于缓存线等
0b011	保留
0b100	保留
0b101	保留
0b110	保留
0b111	保留

各突发类型详细说明

1. 固定突发（FIXED burst）：

   • 地址保持不变，每次传输的数据项都从相同的地址读取或写入。
   • 适用于FIFO缓冲区等场景。

2. 递增突发（INCR burst）：

   • 每次传输后，地址递增一个数据项的大小（由AWSIZE定义）。
   • 适用于线性存储器访问，如连续的数据块传输。
   • 例如，如果AWSIZE为4字节（32位），每次传输后地址递增4字节。

3. 包装突发（WRAP burst）：

   • 地址在一个固定长度内循环（环形地址）。
   • 适用于缓存线（cache line）填充等场景。
   • 地址在达到指定边界后，返回到起始地址继续传输。

突发长度

除了突发类型，AXI协议中还有一个LEN信号用于指示突发传输的长度，即在一个突发传输中传输的数据项数量。LEN信号是8位宽的，它的值表示传输的数据项数目减去1。例如，LEN值为0x03表示传输4个数据项。

示例

假设一个64位数据总线（8字节），需要传输16个连续的数据项，每个数据项为64位（8字节），使用递增突发（INCR burst）：

• BURST = 0b001（递增突发）
• LEN = 0x0F（16个数据项 - 1）
• AWSIZE = 0b011（每个数据项8字节）

在这个例子中，传输的每个数据项地址将递增8字节，直到所有16个数据项传输完毕。

FIXED burst模式使用场景

FIXED burst模式在某些特定场景下非常有用，主要是当数据需要持续从同一地址进行读写时。

场景一：FIFO缓冲区读写

FIFO（First In, First Out）缓冲区通常用于数据流处理，例如音频或视频数据流。FIFO缓冲区中的数据通常需要以固定地址进行读写，因为数据是按照先入先出的顺序处理的。

示例：FIFO缓冲区写入

假设有一个音频处理系统，其中音频数据从一个固定的FIFO缓冲区地址写入。FIFO缓冲区的基地址是0x1000，每次写入一个32位的数据（4字节），总线宽度为32位。

• AWADDR（地址） = 0x1000
• AWSIZE = 0b010（4字节）
• BURST = 0b000（FIXED burst）
• LEN = 0x0F（16个数据项 - 1）

在这个例子中，写操作的地址始终为0x1000，即使传输了多个数据项。所有的数据项都写入到同一个FIFO缓冲区地址。

场景二：寄存器文件访问

在某些硬件设计中，可能需要频繁访问同一地址的寄存器。例如，状态寄存器或控制寄存器在系统运行期间需要频繁更新或读取，这些寄存器通常位于固定地址。

示例：状态寄存器写入

假设有一个状态寄存器，其地址是0x2000，每次写入一个32位的数据（4字节），总线宽度为32位。

• AWADDR（地址） = 0x2000
• AWSIZE = 0b010（4字节）
• BURST = 0b000（FIXED burst）
• LEN = 0x00（1个数据项 - 1）

在这个例子中，写操作的地址始终为0x2000。即使有多个数据项传输，它们都写入到同一个状态寄存器地址。

场景三：DMA传输中的外设访问

在DMA（Direct Memory Access）传输中，某些外设（如UART、SPI）需要连续读写同一个地址。这种情况下，FIXED burst模式可以用来确保数据项传输到固定地址。

示例：UART外设读写

假设有一个UART外设，其接收缓冲区地址是0x3000，需要从固定地址连续读取数据，每次读取一个8位的数据（1字节），总线宽度为32位。

• ARADDR（地址） = 0x3000
• ARSIZE = 0b000（1字节）
• BURST = 0b000（FIXED burst）
• LEN = 0x0F（16个数据项 - 1）

在这个例子中，读取操作的地址始终为0x3000，即使有多个数据项传输，它们都从同一个UART接收缓冲区地址读取。

WRAP Burst模式使用场景

场景一：缓存（Cache）填充

在现代计算系统中，缓存用于加速数据访问。缓存控制器在从主存中填充缓存行时，通常会使用WRAP burst模式。这样做的原因是，缓存行的大小是固定的，并且在缓存行填充过程中，地址会循环回到缓存行的起始位置。

场景二：图像处理

在图像处理应用中，图像数据通常以块或行的形式存储和处理。使用WRAP burst模式，可以有效地循环访问图像数据块，从而提高处理效率。

场景三：音频和视频数据缓冲

音频和视频数据流通常需要以循环缓冲的形式进行处理，以确保连续播放。WRAP burst模式可以帮助在缓冲区内循环传输数据，避免缓冲区溢出或不足。

WRAP Burst模式的地址计算

• start_addr：起始地址
• byte_num：2^axsize，如axsize = 2则byte_num = 4byte。需要尤其注意窄传输的场景，即axsize与总线位宽不一致
• burst_len：axburst + 1

计算地址下界则为：

$wrap\_l = int(start\_addr/(byte\_num*burst\_len)) * (byte\_num*burst\_len)$

如start_addr = 'h14 = 20，size = 2即byte_num = 4， burst_len = 3，那么可得：

wrap_l = int(20/16) * 16 = 16 = 'h10

计算地址上届为：

$wrap\_h = wrap\_l + (byte\_num*burst\_len)$

还是刚刚的情况，此时计算的地址上届为：

wrap_h = 16 + 16 = 32 = 'h20，注意使用地址是不包括上届的。那么在这个情况下，四笔数据的写入地址依次为：

• 数据1 -> 'h14
• 数据2 -> 'h18
• 数据3 -> 'h1C
• 数据4 -> 'h10（到达了上边界'h20所以返回写0x10）

简单来说，WRAP Burst模式就是以byte_num*burst_len定义了一个“环区间”大小然后以该区间进行地址对其后确定该区间的具体位置，再进行循环读写。