AMBA AXI Exclusive访问的概念解惑和验证测试点
时间：2021-11-11 14:50:29
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[导读]乍一看，AMBAAXIexclusive很容易理解，当时随着你深入研究或者经过项目的实践，你会发现这其中还是有很多惊喜的。尤其是从验证的角度来看，这里面涉及到不同场景的组合都是验证中的挑战。当多个master试图在系统中访问共享内存时，exclusive访问起着关键作用。系统设计...
乍一看，AMBA AXI exclusive 很容易理解，当时随着你深入研究或者经过项目的实践，你会发现这其中还是有很多惊喜的。尤其是从验证的角度来看，这里面涉及到不同场景的组合都是验证中的挑战。
当多个master试图在系统中访问共享内存时，exclusive 访问起着关键作用。系统设计需要确保exclusive 访问成功时，该地址空间中的数据不会被其他master覆盖。简单来说，exclusive 访问是对相同地址读取然后进行写入的一个操作序列。
硬件上exclusive 访问机制就是为了支持软件上semaphore 类型操作，同时又不希望某个master锁定住总线。简而言之，exclusive 访问机制就是为了在不影响关键的总线访问性能（延迟和带宽）的前提下支持semaphore 类型操作（semaphore 类型操作是什么，暂不深究了，毕竟硬件就是为软件服务的，人家要了，那就给呗）。
exclusive 访问序列必须始终从exclusive 读取操作开始，然后假设读取返回一个成功的EXOKAY响应，然后master可以用exclusive写操作完成exclusive 访问序列。成功的exclusive 访问将收到一个EXOKAY响应，其他所有情况（包括失败的exclusive 访问），都将收到OKAY响应。至于为什么是OKAY，而不是ERROR，大家可以思考下哈？
Exclusive 访问序列中的Exclusive 读写之间的延迟是不固定的，并且master可能无法完成Exclusive 操作的写部分，这会增加Exclusive 访问的验证空间。
在exclusive 访问期间，如果没有其他master对该地址写入数据，则exclusive 访问成功；如果另一个master在期间对该地址写入数据，则exclusive 访问失败。在这种情况下，exclusive 访问中的写也不会更新该地址对应的数据。
上述是exclusive 访问在系统上的行为，那么从设计的角度,slave是如何支持这一特性的呢？假设在一个系统中有2个AXI Master 共享一个支持Exclusive 访问的AXI slave(S1)的相同内存。AXI Master1(M1)对地址16h1000至16h100F启动exclusive 读取事务。Slave S1将开始监视M1给出的ARID的这些地址，直到该位置发生写入操作，或者直到另一个具有相同ARID值的exclusive 读取操作，此时需要将监视的地址重置更新为不同地址。
如果master M2在M1完成其exclusive 写之前写入同一地址，slave 将在M1的exclusive 写事务期间给出exclusive 访问失败的指示，并且不允许M1更新该内存地址的数据。
在上述场景中，slave S1为M1保留一些内存资源。当M1尝试写入该内存位置时，slave S1只有在其他master不写入该内存资源时才允许Exclusive 写入该内存资源，否则数据不会写入该内存资源。通过这种方式，我们可以避免AXI Exclusive 访问的共享内存的内存覆盖问题。
如下是一些关于AXI Exclusive 访问的corner case:1、Exclusive 读之后跟正常读写操作。2、master发起Exclusive读，但是不发起Exclusive 写。3、连续对相同地址相同ARID发起Exclusive读，此时slave的监视器会重置更新监视地址。4、有两个Exclusive读取来监视同一地址区域。5、对不支持Exclusive 访问的slave发起Exclusive 访问操作。
当多个master试图在系统中访问共享内存时，exclusive 访问起着关键作用。系统设计需要确保exclusive 访问成功时，该地址空间中的数据不会被其他master覆盖。简单来说，exclusive 访问是对相同地址读取然后进行写入的一个操作序列。硬件上exclusive 访问机制就是为了支持软件上semaphore 类型操作，同时又不希望某个master锁定住总线。简而言之，exclusive 访问机制就是为了在不影响关键的总线访问性能（延迟和带宽）的前提下支持semaphore 类型操作（semaphore 类型操作是什么，暂不深究了，毕竟硬件就是为软件服务的，人家要了，那就给呗）。
exclusive 访问序列必须始终从exclusive 读取操作开始，然后假设读取返回一个成功的EXOKAY响应，然后master可以用exclusive写操作完成exclusive 访问序列。成功的exclusive 访问将收到一个EXOKAY响应，其他所有情况（包括失败的exclusive 访问），都将收到OKAY响应。至于为什么是OKAY，而不是ERROR，大家可以思考下哈？
Exclusive 访问序列中的Exclusive 读写之间的延迟是不固定的，并且master可能无法完成Exclusive 操作的写部分，这会增加Exclusive 访问的验证空间。
在exclusive 访问期间，如果没有其他master对该地址写入数据，则exclusive 访问成功；如果另一个master在期间对该地址写入数据，则exclusive 访问失败。在这种情况下，exclusive 访问中的写也不会更新该地址对应的数据。
上述是exclusive 访问在系统上的行为，那么从设计的角度,slave是如何支持这一特性的呢？假设在一个系统中有2个AXI Master 共享一个支持Exclusive 访问的AXI slave(S1)的相同内存。AXI Master1(M1)对地址16h1000至16h100F启动exclusive 读取事务。Slave S1将开始监视M1给出的ARID的这些地址，直到该位置发生写入操作，或者直到另一个具有相同ARID值的exclusive 读取操作，此时需要将监视的地址重置更新为不同地址。如果master M2在M1完成其exclusive 写之前写入同一地址，slave 将在M1的exclusive 写事务期间给出exclusive 访问失败的指示，并且不允许M1更新该内存地址的数据。
在上述场景中，slave S1为M1保留一些内存资源。当M1尝试写入该内存位置时，slave S1只有在其他master不写入该内存资源时才允许Exclusive 写入该内存资源，否则数据不会写入该内存资源。通过这种方式，我们可以避免AXI Exclusive 访问的共享内存的内存覆盖问题。
如下是一些关于AXI Exclusive 访问的corner case:1、Exclusive 读之后跟正常读写操作。2、master发起Exclusive读，但是不发起Exclusive 写。3、连续对相同地址相同ARID发起Exclusive读，此时slave的监视器会重置更新监视地址。4、有两个Exclusive读取来监视同一地址区域。5、对不支持Exclusive 访问的slave发起Exclusive 访问操作。
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