AXI（Advanced eXtensible Interface）是一種總線協議，該協議是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0協議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內總線。它的地址/控制和數據相位是分離的，支持不對齊的數據傳輸，同時在突發傳輸中，只需要首地址，同時分離的讀寫數據通道、並支持Outstanding傳輸訪問和亂序訪問，並更加容易進行時序收斂。
AXI的特點
單向通道體系結構。信息流只以單方向傳輸，簡化時鍾域間的橋接，減少門數量。當信號經過復雜的片上系統時，減少延時。
支持多項數據交換。通過並行執行猝發操作，極大地提高了數據吞吐能力，可在更短的時間內完成任務，在滿足高性能要求的同時，又減少了功耗。
獨立的地址和數據通道。地址和數據通道分開，能對每一個通道進行單獨優化，可以根據需要控制時序通道，將時鍾頻率提到最高，並將延時降到最低。
增強的靈活性。AXI技術擁有對稱的主從接口，無論在點對點或在多層系統中，都能十分方便地使用AXI技術。
AXI總線還定義了在進出低功耗節電模式前后的握手協議，規定如何通知進入低功耗模式，何時關斷時鍾，何時開啟時鍾，如何退出低功耗模式。這使得所有IP在進行功耗控制的設計時，有據可依，容易集成在統一的系統中。
總之，AXI 能夠使SoC 以更小的面積、更低的功耗，獲得更加優異的性能。AXI獲得如此優異性能的一個主要原因，就是它的單向通道體系結構。單向通道體系結構使得片上的信息流只以單方向傳輸，減少了延時。
AXI的工作模式
A. 握手機制
AXI所采用的是一種READY，VALID握手通信機制，即主從模塊進行數據通信前，新根據操作對各所用到的數據、地址通道進行握手。主要操作包括傳輸發送者A等到傳輸接受者B的READY信號后，A將數據與VALID信號同時發送給B。根據READY和VALID拉高的先后順序，可分為如下3種情況：
Valid before Ready handshake
Ready before Valid handshake
Valid with Ready handshake
每個channel內的valid和ready之間沒有嚴格的先后順序，但是channel間的valid和ready信號有依賴關系。對於讀操作，spec要求讀data必須出現在讀addr之后，因此讀操作的兩個channel之間存在如下的依賴關系，即必須等到ARVALID和ARREADY同時為High后，RVALID才能拉高。
Read transaction handshake dependencies
對於寫操作，addr和data兩個channel之間不存在依賴關系，但是只能等最后一次transfer結束后，才能拉高BVALID。從下圖中看不出AWVLAID, AWREAY與BVALID之間的關系，但是，隱含條件是slave只有接收到addr和data后，才能做出響應，因此AWAVLID， AWREADY為High，且最后一次transfer結束后才能拉高BVALID.
Write transaction handshake dependencies
B. axi總線的五個通道：
- 讀地址通道，包含ARVALID, ARADDR, ARREADY信號；
- 寫地址通道，包含AWVALID，AWADDR, AWREADY信號；
- 讀數據通道，包含RVALID, RDATA, RREADY, RRESP信號；
- 寫數據通道，包含WVALID, WDATA，WSTRB, WREADY信號；
- 寫應答通道，包含BVALID, BRESP, BREADY信號；
另外，還有兩個global signal，ACLK，ARESETN信號；
其中ACLK為axi總線時鍾，僅上升沿有效，ARESETN是axi總線復位信號，低電平有效，異步復位同步釋放；所有master和slave共用ACLK和ARESETn。
READY與VALID是對應的通道握手信號；WSTRB信號為1的bit對應WDATA有效數據字節，WSTRB寬度是32bit/8=4bit；BRESP與RRESP分別為寫回應信號，讀回應信號，寬度都為2bit，‘h0代表成功，其他為錯誤。
a. 讀操作：
順序
- 主與從進行讀地址通道握手並傳輸地址內容，
- 讀數據通道握手並傳輸所讀內容以及讀取操作的回應。
對於讀操作，slave必須先知道master想要讀取的地址，因此，slave必須先接收到command后再回數據。normal的操作如圖所示：
Channel architecture of READ TRANSACTION
READ Burst
b. 寫操作：
順序
- 主與從進行寫地址通道握手並傳輸地址內容，
- 寫數據通道握手並傳輸所讀內容，
- 寫回應通道握手，並傳輸寫回應數據。
對於寫操作，command和數據都是master發給slave的，因此command和data沒有順序，可以先發command，再發data，也可以先發data，在發送data過程中發送command。normal的操作如圖所示：
Channel architecture of writeTRANSACTION
Write Burst
什么是支持 outstanding
Outstanding 支持的多少是需要設定的。舉個例子，如果 outstanding設為5，對於寫來說，可以連續發送5個寫操作而不用等待bresponse的響應，否則必須等待有一個responese回來才能發送下一個寫操作，對於讀來說，是通過rlast信號來看是否有respone，也類似於寫操作；也就是說，如果沒有respone的操作超過了outstanding的值，則會通過拉低響應的ready信號，從而不能發送有效操作；
三、 各個通道的時序關系：
1、讀地址通道：
output [0: 0] master_axi_arid; // axi read command ID
output [35: 0] master_axi_araddr; // axi read command address
output [3：0] master_axi_arlen; // axi encoded read command length
output [2：0] master_axi_arsize; // axi encoded read command size
output [1：0] master_axi_arburst; // axi read command burst type.
output [1：0] master_axi_arlock; // axi atomic access indicator
output [3：0] master_axi_arcache; // axi cache control os for the read.
output [2：0] master_axi_arprot; // axi read command protection type.
output master_axi_arvalid; // axi read command valid indicator.
input master_axi_arready; // indicates that axi is ready to accept the read command.
2、讀數據通道：
Input [0:0] master_axi_rid; // axi read data ID.
Input [255:0] master_axi_rdata ; // axi read data.
Input [1:0] master_axi_rresp ; // aix read data response a response is sent with each burst indicating the status of the burst.
input master_axi_rlast; // Indicates that this is the final world of the data for the command.
input master_axi_rvalid; // axi read data valid indicator.
output master_axi_rready; // indicates that the axi master is ready to accept read data.
4.寫地址通道：
output [ 0: 0] master_axi_awid; // axi write command ID
output [35: 0] master_axi_awaddr; // axi write command address
output [ 3：0] master_axi_awlen; // axi encoded write command length
output [ 2：0] master_axi_awsize; // axi encoded write command size
output [ 1：0] master_axi_awburst; // axi write command burst type.
output [ 1：0] master_axi_awlock; // axi atomic access indicator
output [ 3：0] master_axi_awcache; // axi cache control os for the read.
output [ 2：0] master_axi_awprot; // axi read command protection type.
output master_axi_awprot; // axi read command valid indicator.
input master_axi_awready; // indicates that aix is ready to accept the read command.
5.寫數據通道：
output [ 0:0] master_axi_wid; // axi write data ID.
output [255:0] master_axi_wdata ; // axi write data.
output [ 31:0] master_axi_wstrb ; // axi write data strobe.
output master_axi_wlast; // Indicates that this is the final world of the data for the command.
output master_axi_wvalid; // axi write data valid indicator.
input master_axi_0_wready; // indicates that the axi master is ready to accept write data.
6.寫響應通道：
input [0:0] master_axi_bid; // AXI write respone ID.
input [1:0] master_axi_bresp; // AXI write respone A responese is sent for the entire burst.
input master_axi_bvalid; // AXI write response valid indicator.
input master_axi_bready; // Indicates that the AXI master is ready to accepta write respone.
7.寫地址、寫數據、寫響應的時序關系
四.傳輸順序說明
AXI 協議可以完成按照固定順序的傳輸操作，其通過接口給每一個傳輸操作一個ID標記，協議要求具有相同的ID標記的傳輸要按照指定順序完成，但是不同的ID的傳輸可以不按照制定的順序進行傳輸; 完成亂序傳輸的能力意味着可以完成向快速內存的傳輸，不用等待之前向慢速內存的傳輸，這樣可以提高系統的性能，減少不必要的等待時間；