文章转载于微信公众号:数字逻辑电路小站
作者：孟祥志，复旦大学硕士，外企高级工程师，未经作者授权，谢绝转载。
内容提要
- valid 与data 的时序修复时的打拍
- 如何无气泡？
- 预告：ready修复
问题描述
AXI 协议使用的是valid-ready握手的方式去传输数据。关于valid ready 握手，有几个要点：
- 数据data使用valid作为有效性指示。当valid为1是，data数据才有效。
- valid和ready信号同时为高时，数据传输真正发生。
- valid在没有ready到来的情况下，不能自己变为0。也就是，数据没有处理，必须一直等待。
- ready表征下一级是否准备好。ready信号可以随时起来，随时下去。
valid与data的时序修复
对于valid 跟data的时序问题，比较好修，这也是pipeline机制中，最常见的修timing的方法：打一拍。所有的打一拍，都可以抽象为valid-ready data 模型。在这个模型中。valid 和data需要打一拍，改善时序。
最常见的修复方法
valid在握手的情况下，打一拍，传到下级，不握手的情况下，维持原值。data数据一样。对于ready则是直接传过去即可。
VALID_DOWN <= handshake ? VALID_UP : VALID_DOWN ;DATA_DOWN <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN ;READY_UP = READY_DOWN ;进行修改——简化
对其进行修改，可以发现逻辑进行简化：valid的逻辑，在传输的时候，可以直接使用ready\_up。也就是，ready\_up是1的时候，你可以传。也就是变为如下代码：
VALID_DOWN <= READY_UP ? VALID_UP : VALID_DOWN ;DATA_DOWN <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN ;READY_UP = READY_DOWN ;进行修改——无气泡传输
对其继续进行修改，可以发现现在的电路，已经存在了一级寄存器。这一级寄存器，可以给上一级的data，多提供一级存储。也就是说，就算是下级ready是0，只要寄存器里边没有数，上一级仍然可以ready为高，将数据存储一拍。本质上就是消除了一级气泡。
VALID_DOWN <= READY_UP ? VALID_UP : VALID_DOWN ;DATA_DOWN <= handshake ? DATA_UP : DATA_DOWN ;assign READY_UP = READY_DOWN || ~VALID_DOWN ;示例代码
这是最常用的一个valid打拍的情况。详细示例代码如下，仅供参考：
(p.s.：本代码为业余时间作为个人兴趣写的代码，未经严谨验证，仅供原型原理说明，可复制粘贴使用，但不承诺准确性。)
module valid_flop ( CLK , RESET , VALID_UP , READY_UP , DATA_UP , VALID_DOWN , READY_DOWN , DATA_DOWN );//-----------------------------------------------------------------------------parameter WIDTH = 32 ;//-----------------------------------------------------------------------------input CLK ;input RESET ;input VALID_UP ;output READY_UP ;input [WIDTH-1:0] DATA_UP ;output VALID_DOWN ;input READY_DOWN ;output [WIDTH-1:0] DATA_DOWN ;//-----------------------------------------------------------------------------wire CLK ;wire RESET ;wire VALID_UP ;wire READY_UP ;wire [WIDTH-1:0] DATA_UP ;//Down Streamreg VALID_DOWN ;wire READY_DOWN ;reg [WIDTH-1:0] DATA_DOWN ;//-----------------------------------------------------------------------------//Validalways @(posedge CLK)if (RESET) VALID_DOWN <= 1'b0 ;else VALID_DOWN <= READY_UP ? VALID_UP : VALID_DOWN ;//Dataalways @(posedge CLK)if (RESET) DATA_DOWN <= {WIDTH{1'b0}} ;else DATA_DOWN <= (READY_UP && VALID_UP) ? DATA_UP : DATA_DOWN ;//READY with buble collapsing.assign READY_UP = READY_DOWN || ~VALID_DOWN ;//READY with no buble collapsing.//assign READY_UP = READY_DOWN ;endmodule模型变化
上面的模型可以有很多变化，比如一种协议，不存在反压，或者说只有valid 和data，数据总是可以发送的。
VALID_DOWN <= VALID_UP ;DATA_DOWN <= VALID_UP ? DATA_UP : DATA_DOWN ;valid only_no_data模型上面的模型继续变化，比如只有control信号，没有数据(data)。就简化成直接打一拍了。
VALID_DOWN <= VALID_UP ;下节预告
valid ready 协议中对ready进行timing 修复打拍的方法。
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