AXI 独占访问(Exclusive)和锁定访问(Locked )机制

本文讲解AXI协议中的独占访问和锁定访问机制。

AXI中使用 ARLOCK或 AWLOCK信号的编码来表示普通访问、独占访问和锁定访问，这里我们用AxLOCK代指。

独占访问（Exclusive accesses）：

独占访问机制使得信号量类型操作(semaphore type operations)的开发不需要总线在操作期间保持对某一特定主机的锁定。
独占访问的优点是既不会影响关键总线访问延迟，也不会影响最大可达到的带宽。
通过AxLOCK信号的值来选择独占访问，RRESP和BRESP信号分别表示独占访问读和写的成功或失败。

从机需要额外的逻辑来支持独占访问。AXI 协议提供了一种自动防故障(fail-self)机制来指示当主机试图对一个不支持独占访问的从机进行独占访问。

一个exclusive访问的基本过程如下：
1．主机对slave的一个地址执行独占读操作。从机中的monitor会记录下该master的 ARID和要访问的地址位置
2．一段时间之后，主机对相同的地址执行独占写操作，从机同样要记录该操作的主机的 AWID 和要访问的地址位置。
如果AWID == ARID 并且该地址内容没有改变（没有被其他的master访问过），则独占写操作成功，同时slave会返回EXOKEY，否则slave会返回OKEY。
3．主机独占写访问的结果表示为:
•如果自独占读访问到写访问以来没有其他主机写入该位置，则独占访问成功。在这种情况下，独占写更新内存地址。
•如果在独占读访问之后，有任何另外一个主机写入了该位置，则独占访问失败。

对于exclusive操作，总线不会被锁定，所以总线事实上允许其他master同时来请求总线。不过，当一个主机在执行独占访问时，其他master要同时通过总线访问其他的slave，该独占访问就失败了

独占访问限制：
•指定ID的独占写的burst size和burst length必须与前一个具有相同ID的独占读的burst size和burst length相同。
•独占访问的地址必须与事务中的总字节数（burst size * burst length）对齐。
•独占读和独占写的地址必须相同。
•独占访问中，独占读的ARID值必须与独占写AWID值匹配，即AWID==ARID
•独占访问中，独占读和独占写事务的控制信号必须相同。
•一个独占访问突发中，要被传输的字节数必须是2的幂，即1、2、4、8、16、32、64或128 bytes。
•一个独占访问突发中，可以传输的最大字节数是128。
•在AXI4中，独占访问的burst length不能超过16个transfers。
•AxCACHE信号的值必须保证监视独占访问的从机能看到事务。例如，一个独占访问不能具有表明该事务是可缓存的AxCACHE值。

锁定访问（Locked accesses）：

当一个主机使用AxLOCK信号表示一个事务是锁定事务时，互联（interconnect）必须确保只有该主机可以访问目标从机区域，直到同一个主机的一个非锁定传输的事务完成。互连中的仲裁程序用来执行该限制，并且必须强制执行此限制。

锁定访问要求在锁定序列进行时，互连（interconnect）阻止任何其他事务发生，即某个master 可以锁定总线来实现独占，只有当该master完成传输后才释放出bus，因此可能会对互连性能产生影响。相比之下，exclusive访问不需要将bus锁定给某个master。

AXI3的实现必须要支持锁定事务，而AXI4移除了对LOCK访问的支持，因为：
•大多数组件不需要锁定事务
•锁定事务的实现对互连（interconnect）的复杂性、保证QoS的能力有显著影响:
所以AXI4建议锁定访问仅用于支持legacy设备。

AxLOCK信号编码：

AXI3的AxLOCK信号编码如表：

AXI4取消了对锁定事务的支持，只使用1位信号，AxLOCK信号编码如表：

legacy注意事项：
在AXI4环境中，任何AXI3锁定事务（locked transaction）会按如下规则转换:
•AWLOCK[1:0] = 2’b10被转换为一个普通的写事务，即AWLOCK = 1’b0
•ARLOCK[1:0] = 2’b10被转换为一个普通的读事务，即ARLOCK = 1’b0。
规范建议任何会进行此类转换的组件(通常是interconnect)都包含一种可选的机制，用于检测和标记发生了锁定事务转换。
手册表示：
Any component that cannot operate correctly if this translation is performed cannot be used in an AXI4 environment.
任何执行了此类转换就无法正确工作的组件，都不能在AXI4环境中使用。

参考：
AMBA AXI and ACE Protocol Specification AXI3, AXI4, and AXI4-Lite ACE and ACE-Lite
AXI协议中的模棱两可的含义的解释