Nios II Avalon MM 外设地址对齐——

虽然Nios II CPU是32位构架，但是Avalon总线作为一种开放的总线结构，为了兼容各种位宽的CPU和外设，Avalon Interconnect Fabric地址总线使用的是字节寻址的方式，也就是A0地址一定指向外设的某个字节（但是不一定和外设地址线的A0连接，详后）；而不是同CPU宽度的某个32bit空间。

所以，在自定义Avalon MM外设的时候，如果是Avalon MM Master，地址线一定是32根，最低位寻址到一个字节（不一定会用到~~）。

首先注意到Avalon MM Slave可以声明自己采用的地址对齐方式有两种：Native alignment 和Dynamic Alignment。

动态地址对齐方式是将MM从设备的地址空间连续地映射到主设备空间。内存类型的从设备控制器应该采用这种方式。在这种方式下，主设备的每一次读传输（或写传输）对应从设备一次或多次读传输（或写传输）。譬如，主设备数据宽度为32bit，从设备为16bit，则主设备每发起一次读传输，从设备将被读两次，用于返回32bit数据（由Avalon Interconnect Fabric逻辑插入状态机实现，用户无需关心具体实现），同理，每一次写操作，从设备执行两次写入操作。Dynamic对齐方式数据宽度限定为8*2^n次方，即只能为8 16 32 64等值。

源生地址对齐方式将从设备的自然数据宽度（即从设备DATABUS宽度）映射到主设备的单位数据宽度（即主设备的DATABUS宽度），假设主设备宽度为32比特，从设备为16比特，且假设从设备的0x00映射到主设备0x00；则从设备的0x02映射到主设备的0x04。寄存器表类型的外设可以考虑使用这种对齐方式。在这种对齐方式里面，主设备发起的每一次读传输（或写传输），只会对应从设备的一次读传输（或写传输），如果主设备数据宽度大于从设备，那么高位内容被零填充，如果主设备宽度小于从设备，则高位自动被抛弃（Truncated）。

 

 

那么，如果要书写这些不同方式的外设，应该如何设定Avalon MM Slave控制器的地址线和可选的byteenable信号呢？其实，对于每一个从设备，地址线的最低位指向从设备单位数据宽度（one word）。在这里，word大小可以是8,16,32,64....而不用担心外设是用Dynamic还是Native地址对齐。

如果是Dynamic外设，为了方便不同数据宽度的主设备读取，最好包含byteenable信号。byteenable信号为one hot编码，每一根信号线（lane）对应一个字节。信号的宽度取决于从设备数据总线的宽度，如果为16，则byteenable信号宽度为2.；如果为32bit，则byteenable信号宽度为4。这样在SOPC Builder生成系统的时候，Avalon Interconnect Fabric会自动适配这些信号线到具体的Fabric地址线，譬如外设宽度为16，则从设备控制器的A0连接到Fabric的A1。而Fabric的A0会看外设是否声明了byteenable信号，如果存在，则将A0译码成2bit宽度的Byteenable信号（并连接到外设声明的byteenable信号）。如果没有，则Fabric A0没有连接。

如果是Native外设，从设备的地址线连接到内部Fabric的方式和Dynamic是一致的，只是没有了byteenable信号，以及低位地址线的译码。

在SOPC Builder里面用component editor添加组件的时候，在Interface选项卡里，每个Avalon MM栏里面都有一个Deprecated子栏目，展开它，选择Slave Addressing的方式为Dynamic。如果是内存，还要勾选Memory Device。这个选项卡还真的有些猥琐，不注意还看不到，不过没办法，人家都说了是Deprecated。

在Nios II EDS里面，提供两类IO指令来直接存取DYNAMIC外设和NATIVE外设，如下图：

IORD和IOWR直接指定外设的基地址和偏移量，这个偏移量的话是Width of BUS的整数倍，也就是说，如果CPU为32bit宽度，则单位偏移量就是4个字节，也就是，写REGNUM==0的寄存器就是基地址的寄存器，REGNUIM==1的话就是第二个寄存器，地址的话自然是BASE_ADDR+4。

而IORD_8DIRECT读取的正如后面所说，是BASE_ADDR+OFFSET位置的一个字节。

不过我比较奇怪的是，如果我用IOWR_32DIRECT（BASE,2,DATA)之类的指令会出现什么后果呢，也就是说，BASE+OFFSET不是4的整数倍，但是却想去读取一个32bit的数据。感觉这种情况硬件是不支持的。。。

 

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