AXI_HP 接口：高性能存储器访问的桥梁(三)

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