Zynq芯片PS和PL部分通过AXI总线进行交互，并且PS部分的IP也可通过AXI总线挂载到ARM核上，本节介绍一下如何设计基于AXI的自定义IP。

AXI总线介绍

AXI（Advanced eXtensible Interface）总线协议是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller BusArchitecture）协议中最重要的部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传输，同时在突发传输中，只需要首地址，同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问，并更加容易就行时序收敛。

AXI总线协议是在2003年AMBA3.0版本中首次提出的，包含AXI和AXI-Lite的第一版本。2010年提出的AMBA4.0版本中包含了AXI和AXI-Lite的第二版本，并且新加入了AXI-Stream。

ARM官方提供了对AXI总线规范的详细介绍，以下为相关资料：

AMBAAXI Protocol Specification v2.0

AMBAAXI4-Stream Protocol Specification V1.0

Xilinx支持AMBA4.0中的AXI，Spartan®-6、Virtex®-6及以后系列器件支持AXI总线协议，支持包含AXI-Lite、AXI、AXI-Stream这三种模式，其中AXI-Lite模式主要处理简单应用，通过简单协议可以实现基于地址映射的传输，因其一个地址只对应一个数据的读写，比较适用于控制寄存器和状态寄存器读写应用；AXI模式可以处理需要数据吞吐量比较高的场合，它也是基于地址映射的传输，因其支持突发数据传输，最高支持一个地址256个数据的突发传输；AXI-Stream模式是基于流数据的单向高速传输，不是基于地址映射的，因此并没有突发数据量大小限制。

Xilinx对AXI总线支持提供了许多文档资料：

AXI Specification

AXI-LiteIPIF Specification for Control/Peripheral devices

AXI-LiteIPIF Specification for burst capable memory mapped devices

基于AXI总线的自定义IP设计

在Xilinx中支持的AXI总线协议有三种模式：AXI_Lite、AXI和AXI_Stream。 

AXI-Lite模式主要用于处理简单操作，如功能寄存器或者控制寄存器的读写，本文中以一简单设计为例，做一个读取DIP拨码开关状态值和控制LED灯的自定义IP。由于AXI_Lite模式的协议比较简单，在介绍协议的同时主要介绍一下在Microblaze系统中设计自定义IP的方法，而在AXI和AXI-Stream这部分就不再重复说明。

自定义外设设计流程：

第一步：在ISE Project Navigator中建立工程

自定义IP设计完后，需要为其编写功能代码，在如图17路径中，有一个vhdl文件夹，自定义IP设计生成的HDL代码默认是由VHDL编写的。其中有两个文件：user_led.vhd和user_logic.vhd，如图18所示为AXI-Lite IP接口信号图，其中文件user_led.vhd实现AXI-Lite IPIF模块的功能，文件user_logic.vhd实现User IP Design模块的功能，因此自定义IP的功能代码主要在user_logic.vhd文件中编写。此处的设计Xilinx就比Altera更人性化了，在Altera的NiosII自定义外设设计时，类似axi_lite_cusip.vhd和user_logic.vhd的接口文件都需要工程师自己编写，而Xilinx相当于为工程师提供了一个模板，只需要添加相应的功能代码就可完成设计，这样大大减少了工作量，工作效率得到提高

下面来看一下user_logic.vhd里面有什么奥秘，如图19所示为模块参数，其中参数C_NUM_REG表示寄存器的数量，在本设计中设置了两个，一个用于读取DIP拨码开关状态值，另一个用于控制LED灯；如图20所示为模块接口信号，其中BUS2IP_**表示从AXI-Lite总线输入到IP的信号，包含时钟信号BUS2IP_CLK、复位信号BUS2IP_Resetn、数据信号Bus2IP_Data、字节使能信号Bus2IP_BE、读使能信号Bus2IP_RdCE、写使能信号Bus2IP_WrCE；而IP2BUS_**表示从IP输出给AXI-Lite总线的信号，包含数据信号IP2Bus_Data、读确认信号IP2Bus_RdAck、写确认信号IP2Bus_WrAck、错误确认信号IP2Bus_Error。

功能模块需要加入的功能为两部分，对应两个寄存器，如表1所示为两个寄存器的映射。

表1 两寄存器映射

reg0是读取DIP拨码开关状态值功能，因此是一个读寄存器操作，首先需要加入DIP拨码开关的输入端口，如图21所示，相关功能代码如图22所示

reg1是控制LED灯输出功能，因此是一个写寄存器操作

功能代码编写完成后，将AXI_LITE_CUSIP加入到系统中，如图24所示，自定义的IP是连接到AXI-Lite总线上的

系统建立完成后，在ISE中进行编译生成比特流文件，然后在SDK软件中编写相应软件代码，代码如图25所示，主要实现功能是读取DIP状态值，然后将读取得到的DIP状态值通过LED输出，其中读取DIP状态值通过读取reg0得到，reg0的地址为XPAR_AXI_LITE_CUSIP_0_BASEADDR；而控制LED输出通过写reg1得到，reg1的地址为XPAR_AXI_LITE_CUSIP_0_BASEADDR +0x4

一切就绪之后，通过ISIM仿真，查看自定义IP工作状态，如图26所示为读操作，当bus2ip_rnw=’1’，bus2ip_rdce=”10”时，表示AXI-Lite总线请求一次读操作，而自定义IP将ip2bus_rdack置’1’，将数据赋值给ip2bus_data应答这次读操作；如图27所示为写操作，当bus2ip_rnw=’0’，bus2ip_wrce=”01”时表示AXI-Lite总线请求一次写操作，而自定义IP将ip2bus_wrack置’1’，并读取数据应答这次写操作