Avalon总线概述

Nios系统的所有外设都是通过Avalon总线与Nios CPU相接的，Avalon总线是一种协议较为简单的片内总线，Nios通过Avalon总线与外界进行数据交换。

Avalon总线接口分类

可分为两类：Slave和Master。slave是一个从控接口，而master是一个主控接口。slave和master主要的区别是对于Avalon总线控制权的把握。master接口具有相接的Avalon总线控制权，而slave接口是被动的。常见的Avalon的传输结构有：Avalon总线从读（slave read），Avalon总线带一个延迟状态从读，Avalon总线从写（slave write），Avalon总线带一个延迟状态从写。

Avalon总线的特点

所有外设的接口与Avalon总线时钟同步，不需要复杂的握手/应答机制。这样就简化了Avalon总线的时序行为，而且便于集成高速外设。Avalon总线以及整个系统的性能可以采用标准的同步时序分析技术来评估。

所有的信号都是高电平或低电平有效，便于信号在总线中高速传输。在Avalon总线中，由数据选择器(而不是三态缓冲器)决定哪个信号驱动哪个外设。因此外设即使在未被选中时也不需要将输出置为高阻态。

为了方便外设的设计，地址、数据和控制信号使用分离的、专用的端口。外设不需要识别地址总线周期和数据总线周期，也不需要在未被选中时使输出无效。分离的地址、数据和控制通道还简化了与片上用户自定义逻辑的连接。

其他特性和约定

Avalon总线还包括许多其他特性和约定，用以支持SOPC Builder软件自动生成系统、总线和外设，包括：

最大4GB的地址空间——存储器和外设可以映像到32位地址空间中的任意位置

内置地址译码——Avalon总线自动产生所有外设的片选信号，极大地简化了基于Avalon总线的外设的设计工作

多主设备总线结构——Avalon总线上可以包含多个主外设，并自动生成仲裁逻辑

采用向导帮助用户配置系统——SOPC Builder提供图形化的向导帮助用户进行总线配置(添加外设、指定主/从关系、定义地址映像等)。Avalon总线结构将根据用户在向导中输入的参数自动生成

动态地址对齐——如果参与传输的双方总线宽度不一致，Avalon总线自动处理数据传输的细节，使得不同数据总线宽度的外设能够方便地连接

Avalon 总线模块为外设提供的服务

Avalon 总线模块为连接到总线的Avalon 外设提供了以下的服务：

数据通道多路转换——Avalon 总线模块的多路复用器从被选择的从外设向相关主外设传输数据。

地址译码——地址译码逻辑为每一个外设提供片选信号。这样，单独的外设不需要对地址线译码以产生片选信号，从而简化了外设的设计。

产生等待状态（Wait-State）——等待状态的产生拓展了一个或多个周期的总线传输，这有利于满足某些特殊的同步外设的需要。当从外设无法在一个时钟周期内应答的时候，产生的等待状态可以使主外设进入等待状态。在读使能及写使能信号需要一定的建立时间/保持时间要求的时候也可以产生等待状态。

动态总线宽度——动态总线宽度隐藏了窄带宽外设与较宽的Avalon 总线（或者Avalon 总线与更高带宽的外设）相接口的细节问题。举例来说，一个32 位的主设备从一个16 位的存储器中读数据的时候，动态总线宽度可以自动的对16 位的存储器进行两次读操作，从而传输32 位的数据。这便减少了主设备的逻辑及软件的复杂程度，因为主设备不需要关心外设的物理特性。

中断优先级（Interrupt-Priority）分配——当一个或者多个从外设产生中断的时候，Avalon 总线模块根据相应的中断请求号(IRQ)来判定中断请求。

延迟传输（Latent Transfer）能力——在主、从设备之间进行带有延迟传输的逻辑包含于Avalon总线模块的内部。

流式读写（Streaming Read and Write）能力——在主、从设备之间进行流传输使能的逻辑包含于Avalon 总线模块的内部。

作者：杭州卿萃科技ALIFPGA

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