AXI_HP 接口:高性能存储器访问的桥梁(三)
扫描二维码
随时随地手机看文章
一、AXI_HP 接口在系统中的应用
1. 典型应用场景
AXI_HP 接口在 ZYNQ 系统中主要用于需要高带宽数据传输的场景:
视频处理流水线:PL 中的视频加速器通过 AXI_HP 接口直接从 DDR 读取原始视频数据,处理后写回 DDR,避免 PS 处理器介入
实时信号处理:雷达、超声等实时信号处理系统中,PL 逻辑通过 AXI_HP 高速获取采样数据并写回处理结果
大数据缓冲:PL 中实现的 FIFO 缓冲区通过 AXI_HP 接口与 DDR 进行数据交换,扩展缓存容量
多通道数据采集:多个 ADC 采集的并行数据流通过不同 AXI_HP 通道写入 DDR,实现无冲突数据记录
在这些场景中,AXI_HP 接口的高带宽特性能够充分发挥 PL 的硬件加速能力,避免数据传输成为系统性能瓶颈。
2. 系统集成架构
一个典型的基于 AXI_HP 接口的系统架构如下:
[摄像头] → [Video In IP] → [PL加速器] → [AXI_HP0] → [DDR]
↑
[显示器] ← [Video Out IP] ← [PL处理器] ← [AXI_HP1]
在该架构中:
Video In IP 将摄像头数据通过 AXI_HP0 写入 DDR
PL 加速器从 DDR 读取数据进行处理,处理结果通过 AXI_HP0 写回
PL 处理器通过 AXI_HP1 从 DDR 读取处理后的视频数据,经 Video Out IP 显示
这种架构使视频数据的采集、处理和显示全流程在 PL 中完成,PS 处理器仅需负责初始化和控制,大幅提升了系统的实时性。
3. 多通道协同策略
利用 4 个独立的 AXI_HP 通道,可以实现更复杂的并行数据处理:
功能分区:不同通道负责不同类型的数据传输(如 HP0 读、HP1 写)
优先级分配:为关键任务分配专用通道,避免带宽竞争
交织访问:通过通道间的地址交织,提高存储器控制器的效率
例如在自动驾驶系统中:
HP0:激光雷达点云数据写入 DDR
HP1:摄像头视频流写入 DDR
HP2:PL 中的目标检测加速器读取融合数据
HP3:处理结果写回 DDR 供 PS 决策使用
二、AXI_HP 接口的实现要点
1. PL 端接口实现
在 Vivado 中实现 AXI_HP 接口访问需要以下关键步骤:
接口配置:在 Block Design 中启用所需的 AXI_HP 通道(HP0-HP3)
IP 核连接:将 PL 中的主设备 IP 核(如 AXI DMA、自定义加速器)的 AXI 主接口连接到 AXI_HP 从接口
地址映射:通过地址编辑器(Address Editor)配置 PL 主设备的地址范围
约束设置:为 AXI_HP 接口添加时序约束,确保信号完整性
2. 地址映射与访问控制
AXI_HP 接口访问的是 PS 控制的外部存储器,需要正确配置地址映射:
PL 主设备通过 AXI_HP 接口访问的地址空间与 PS 处理器看到的地址空间一致
地址范围需在 ZYNQ 的存储器映射范围内(通常从 0x00000000 开始)
多 HP 通道访问同一地址区域时需注意数据一致性,必要时添加互斥逻辑
3. 数据一致性处理
由于 AXI_HP 接口不维护缓存一致性,在 PS 与 PL 共享数据时需注意:
PS 写入的数据如需被 PL 读取,需先清除相关缓存行(使用 cache flush 操作)
PL 写入的数据如需被 PS 读取,需确保 PS 处理器已 invalidate 相关缓存行
对于需要严格一致性的场景,应考虑使用 AXI_ACP 接口替代
4. 性能优化策略
充分发挥 AXI_HP 接口性能的关键技术:
最大化突发长度:使用 256 拍最大突发长度,减少地址传输开销
通道并行使用:将不同数据流分配到 4 个独立 HP 通道,避免竞争
地址对齐:确保访问地址按数据宽度对齐(如 32 位数据对齐到 4 字节边界)
读写平衡:合理安排读写操作顺序,避免存储器控制器拥塞
避免频繁切换:减少读写操作的频繁切换,提高存储器控制器效率