原创 Avalon Memory-Mapped Interfaces的寻址

Avalon Memory-Mapped Interfaces的寻址

关于Avalon Memory-Mapped Interfaces的地址对齐，在《Avalon Interface Specifications.pdf》 中的3.6 Avalon Memory-Mapped Interfaces有一些简单的描述：

1.  主机比从机数据位宽大的情况下，主机会多次映射从机地址空间。例如，对于一个32位的主机需要读一个16位的从机端口，主机会连续两次读取从机连续地址空间的数据，从而获得32位的数据。

2.  主机比从机数据位宽小的情况下，主机使用从机低字节端的数据。主机写传输时，系统互连逻辑置位byteenable信号，使得数据写入相应地址空间。

在实际的应用中，外挂一个Avalon Memory-Mapped Slave Interfaces时，如果这个slave与master（主要指NIOS2处理器）的位宽不匹配，这个地址线的连接又是怎么回事呢？

例如下图中的Ethernet从机数据位宽为16，而主机位宽为32，在从机一端连接的地址线是A[10:0]即11位，而在主机一端连接的数据位宽为addr[11:1]也是11位，既然都是11位，为什么不都写成常见的[10:0]？实际的数据量到底是2048*32bit还是2048*16bit呢？另外，如果使用正常的IOWR_16DIRECT(BASE, OFFSET, DATA)函数来寻址这个Ethernet从机，其中的OFFSET到底是表示8位数据的地址偏移还是32位数据的地址偏移，或者说是16位数据的地址偏移呢？

    其实，特权同学是带着这些疑问来研究这个Avalon Memory-Mapped Interfaces的。如果翻阅一些官方的handbook，再有一些思考（将上述问题全都放到一块观察和比对）和尝试（板级调试，哈哈，必须有能跑NIOS2的板子哦），上面这些问题并不难解决。

    首先需要明确一个概念，就是NIOS2处理器的地址分配都是以字节（即8bit）为单位计算的。它的总的寻址空间是2的32次方个字节，表示为ADDR[31:0]；换算成16位宽数据则寻址空间是2的31次方，习惯上表示为ADDR[31:1]；换算成32位宽数据则寻址空间是2的30次方，习惯上表示为ADDR[31:2]。因此，上面提到的addr[11:1]也不是平白无故的出现的，它代表了2的10次方的16位数据寻址空间。下一个问题的答案也浮出水面：这里的数据量是2048*16bit。需要强调的一点是，在Avalon Memory-Mapped Slave于Master连接的时候，其地址是以主从机连接的数据位宽（比如这个例子的数据位宽是16）为单位寻址的。

    再来看下一个问题，也是特权同学曾经比较困惑的问题。IOWR_16DIRECT(BASE, OFFSET, DATA)函数表示写16位数据到基址为BASE、地址偏移量为OFFSET的地址空间。NIOS2处理器的基址是以8bit为单位寻址的，这一点毋庸置疑。那么由于前面地址问题的困扰，特权同学比较纳闷的是OFFSET也是以8bit为单位吗？还是以这里的写入数据位宽16bit为单位？实践证明，“NIOS2处理器的地址是以8bit为单位寻址”这句话还是适用的，这里的OFFSET也是以8bit为单位寻址。因此，就出现了动态寻址和静态寻址的概念，本文开始引用handbook的一些描述说的就是动态地址对齐的基本思路。因此，设计者必须注意的是在寻址非8bit数据位宽的时候，地址偏移量的计算必须纳入寻址的考虑之中。例如本例是16bit数据写入，如果要最小地址遍历写数据，写入第一个数据是IOWR_16DIRECT(BASE, 0, DATA)，那么第二个数据就应该是IOWR_16DIRECT(BASE, 2, DATA)。24bit、32bit的都是类似的。