总的保序模型(Definition of the ordering model)：
为了提高总线数据传输带宽和利用率，AXI协议中masters可以outstanding传输，那么当多笔传输发生时，就需要保证每一笔都能按照预期的顺序来完成操作。AXI中当发生如下情况时，AXI必须做到保证先后顺序，即先发送的必须先到达目的地(device or memory)，也先完成。
1、同时进行访问memory空间的多笔传输的地址(address)一样或有重叠(overlap)；
2、访问同一个peripheral device空间时。
想象一下，如果多笔传输的memory读，不按照顺序来进行，可以后续发的读请求读到之前的数据，而先发送的读请求读到之后的数据，造成数据紊乱；对于peripheral device空间必须全部保序，不管地址，是因为device空间是带有额外属性的，即对device空间的读写操作，可能会影响该空间其他地址的数据变化，因此需要严格保序，否则数据一致性难以保证。
AXI通过何种方式来告知各个component是否是需要保证的transactions呢？答：通过ID号，即相同的ID号需要做到保序。另外保序只是针对同一个master来说，多个master之间传输的保序无法保证，可以通过软件来保证。
AXI保序要求所有相同方向且带有相同ID的transactions必须按顺序返回response，顺序就是他们发送的顺序。由于读通道和写通道是两个不同的方向，如果两个不同方向的transactions带有相同的ID需要保序，master必须接收到第一笔transaction的response信号后，才能发送第二笔transaction。如果不遵循这个约束，保序无法得到保证。
Master ordering：
master发送同方向且相同ID的多笔读或写操作必须有如下保证：
- transactions响应给master的顺序必须和master发送的顺序一致；
- 对于访问Device memory，到达slave的顺序必须和transactions发送的顺序一致；
- 对于访问Normal memory，到达same address或overlapping address的transactions的顺序必须和transactions发送的顺序一致。
这个同样适用于AxCACHE[3:1]不等于0的cacheable memory transactions。
Interconnect ordering：
为了满足ordering model的需求，interconnect必须确保：
- 访问Device memory的同方向同ID的transactions必须保持保序；
- 访问same or overlapping address的同方向同ID的transactions必须保持保序；
- 返回相同ID的写响应必须保持保序；
- 返回相同ID的读响应必须保持保序；
- 任何变换transactions的AXI ID值必须确保保持原始ID的保序需求；
- 在该笔transaction没有到达最终的目的地，如果中间节点(component)提前返回响应，必须确保该笔传输会按照保序要求到达最终节点(final destination)
Slave ordering：
为了满足ordering model的需求，slave必须确保：
- 不管transaction IDs为何值，在slave节点任何写transaction已经返回响应的必须可以被接下来的读或写transaction观察到；
- 任何访问Device memory的写transaction，即时slave还未发送response信号，也必须被接下来拥有同ID且访问Device memory的写传输观察到；
- 任何访问Normal memory的写transaction，即时slave还未发送response信号，也必须被接下来拥有同ID且访问same or overlapping address的写传输观察到；这个原则同样适用于AWCACHE[3:1]不等于0的场景；
- 对于多笔相同ID的写transactions的响应，slave必须按照接收到的顺序返回；
- 对于多笔不同ID的写transactions的响应，slave可以乱序返回；
- 不管transaction IDs为何值，任何读transaction已经发送响应的必须可以被后续
总的来说，对于slave已经返回响应的任何读写操作，都必须能被后续的读写操作观察到；任何还未返回响应的读或写操作，必须能被后续拥有相同ID的读或写操作观察到；多笔读或写操作在slave节点返回的响应，如果是同ID必须保序返回，如果不是同ID，则可以乱序。
Response before final destination：
当master需要在读和写transactions之间或不同ID transactions之间(这个指的是多笔读有不同ID或多笔写有不同ID)有明确的顺序时，必须等到所有outstanding transactions完成后，master才发送后续相关的依赖transactions。
传输完成(transaction completion)意味着：
- 该笔transaction可以被后续transaction观察到；
- 对于non-bufferable请求，transaction必须到达最终节点(final destination)；
- 对于bufferable transactions，transaction必须到达可以被观察到的中间节点；
为了提升系统性能，一些transactions可能在中间节点会发送响应(response)，但是，该节点必须确保visibility和ordering仍然满足。
Read response before final destination:
对于normal读传输，如果intermediate component(中间节点)关于之前写的same or overlapping address更新到最新值，那么中间节点可以返回来自local memory(存在于中间节点)的读数据响应。在这种情况下，request不需要传播到最终节点；
中间节点必须符合ID保序规则，这意味只有之前具有相同ID的读操作已经返回响应后，当前操作的读响应才能发出。
Write response before final destination:
对于Bufferable写传输，response(响应)可以从中间节点返回，在这种情况下，中间节点必须可以存储一份本地数据(a local copy of the data)，且在丢弃该数据前，将该数据写到下游；
中间节点必须符合ID保序协议，这意味着只有之前具有相同ID的写传输已经返回响应后，当前操作的写响应才能发出；
在发送early write response后，中间节点必须保证该传输可以被保序和观察到，知道该写传输传播到下游并且收到写响应。在发送early write response和接收到下游的response之间，中间节点必须确保：
- 对于Normal Bufferbale传输的early write response，如果response已经发送，所有接下来具有same or overlapping address的传输必须会被保序；
- 对于Device Bufferable传输的early write response，如果response已经发送，所有接下来的传输必须会被保序；
Ordered write observation：
为了提高支持不同ordering model的接口协议(interface protocols)的兼容性，对于单接口(single interface)定义了Ordered_Write_Observation属性可以是TRUE或FALSE。
- TURE：interface拥有Ordered_Write_Observation属性；
- FALSE：interface不支持Ordered_Write_Observation属性。如果Ordered_Write_Observation不指明，默认为FALSE；
支持Ordered_Write_Observation属性的接口可以支持Producer/Consumer保序模型来提高性能。如果两笔具有相同ID的写transactions可以被系统中其他agents以相同顺序(发送顺序)观察到，那么该接口(interface)可以宣称支持Ordered_Write_Observation属性。
如果一个接口不支持Ordered_Write_Observation属性，一系列访问相同peripheral且拥有相同ID的写操作才能保证保序观察。也就是说支不支持Ordered_Write_Observation决定了发出的多笔相同ID的写操作可以被观察到保序的范围，支持则相同ID写transactions可以被全局agent可以观察到，不支持则只有访问相同peripheral且相同ID的写可以被观察到保序。如果没有Ordered_Write_Observation，为了支持Producer/Consumer保序模型，在后续写transactions发送到另一个不同的peripheral前，之前的写peripheral操作必须完成且提供BRESP响应。
补充：
1、一个物理端口(physical port)通过使用许多logical ports，可以支持out-of-order transactions，每个logical port按顺序处理它的transactions，类似于多vc；
2、master和slave之间没有必要的需求使用AXI ID。在master和slave之间依次只处理一个transaction就不需要，肯定是保序的；
3、slave在收到来自master的AXI ID时，必须返回适当的BID和RID；
4、Read ordering：在master端口，同ID的读数据(read data)不允许间插，不同ID的读数据允许间插(interleaved)；在slave端口，同ID的读数据必须保序返回(先到先返回)，不同ID的读数据可以乱序返回，并且slave必须确保返回读数据的RID和ARID的值匹配。Interconnect必须确保一系列具有相同ARID(可能是不同的slave，也可能是相同的)的读操作返回的读数据被master按顺序(保序)接收。在slave端处通常有reorder buffer来处理读传输保序；
5、Normal write ordering：除非master知道slave支持写数据间插(interleaving)，否则它必须按发送地址的顺序来发送写数据；大多数slave设计不支持写数据间插，因此slave必须按接收到的地址来顺序接收数据；如果Interconnect将多个masters的写transactions组合起来共同发往同一个slave，必须确保发到slave的数据也是按地址顺序；这些约束不仅仅限制于写传输具有不同的AWID，也适用于写传输来自不同的masters。
6、Write data interleaving：AXI4不支持写数据间插，所有的来自同一个transaction的所有写数据必须在写数据通道连续的提供数据，不被其他transaction插入。AXI3支持写数据间插，写间插必须是slave支持才行，slave接口支持不同AWID的写数据间插，写数据间插的深度等于slave可以接受间插数据的深度，同AWID不能被间插。对于支持写间插的slave，它接受到每笔transaction的第一笔写数据的顺序必须和接收到写请求的顺序一致。如果两笔写操作带有不同的AWID去访问same or overlapping地址，AXI3协议诶呦定义处理的顺序，更高级别的协议必须确保正确的处理顺序。为了避免死锁，支持写数据间插的slave接口必须能连续不断的接收写数据间插，不能拖延接收写数据来达到改变写数据的数据。当Interconnect联合(combine)多个写数据流传给同一个slave时，写数据间插可以防止stalling。例如，Interconnect可能联合一个慢master源的写数据和一个快master源的写数据，通过间插两个源头数据，可以提高系统性能。
7、Read and write interaction： AXI对读和写传输没有保序限制，不管ARID和AWID有没有一样，它们可以以任意顺序完成。如果读和写之间需要保序，那必须等一笔完成才能开始另一笔传输。对于读写到peripheral，必须保序，必须遵循一笔写(读)完成然后另一笔读(写)。对于读和写传输访问memory，master在实现时对outstanding传输可能有address check，来决定对一笔新传输是否可以拥有same or overlapping address。如果一笔读或写传输没有overlap or same address，那么可以直接开始传输，不需要等待前一笔传输的完成。
8、对于master连接到总线(interconnect)上时，interconnect会在ARID、AWID和WID上增加(append)额外的bits，用于区别不同masters。这样做有两个影响：(1) Masters不需要知道其他masters使用的ID值；(2) 在slave接口的ID域比master接口的宽。在读数据时，interconnect使用RID的额外bits去决定读数据该返回给哪个master端口，并在最终到达master端口时，interconnect会移除掉(remove)RID的额外bits。在写响应时，BID的处理方式和RID一致。
9、ID域的宽度根据实现来决定的，ARM specification建议master口的ID域为4bits，interconnect对于master ID附增4bits，slave口的ID域为8bits。
10、AXI4协议中不支持写数据间插，一个transaction内所有的写数据必须连续不断的在写数据通道传输，这意味着AXI4不支持WID。当然，如果AXI3 master把间插深度配置为1，就可以兼容AXI4了。
作者：谷公子
首发博客：https://blog.csdn.net/W1Z1Q/article/details/100068720
