FPGA内部接口设计

在FPGA设计中，我们通常采用的都是“自顶向下”的设计方法，即现有顶层设计，再有细节设计。比如先有整个项目的功能框图、数据流程图等，然后再细分功能到一级模块，每个一级模块再细分到二级、三级甚至更低级别的模块。除了每个模块的设计，如何把模块连接起来？也是一个很有趣且重要的话题，这就是我们通常说的内部模块接口。这里先介绍几种常见的内部模块接口。

AXI接口

目前xilinx或者intel提供的IP core中的接口越来越多的都支持AXI接口，这种接口是业界非常通用的接口，使用的频率也非常的高，关于这个接口的说明，网上有很多资料，本文不在这里介绍该接口相关的信息。

采用这种接口有什么好处呢？显然IP的移植性非常好，只要是使用AXI接口的设计，都可以直接调用这样的IP，不需要做任何接口上的修改，也不会出现对接口理解上的差异，确实很方便。尤其是你的模块需要和外部模块对接的时候，这里的外部可能是外部的客户、外部的合作伙伴等，标准的接口也能减少对接的沟通成本。

AXI接口笔者觉得也有一些缺点，接口相对比较复杂。如果我们的FPGA设计只是公司或者部门内使用，不需要对外，甚至都不需要重用的时候，那有没有一些更加简单的接口呢？这里重点介绍2种内部模块间通用接口，最后再说明这样接口的好处。

req-ack接口

先看时序图，这种接口通常是请求方有数据要发送之前，先发送一个req请求信号，同时保持数据不变，一直等待响应方的应答。当响应方处理完数据后，给一个ack应答信号，表示一次数据传送完成。

这种接口的应用场景是什么呢？它一般应用在低速、无缓存数据传输场景。当2个模块之间的接口传输数据的性能较低，且有相互依赖，就可以采用这类接口。从时序图可以看出，在req阶段，整个data是不会变化，直到有ack后，再发送下一个数据。数据的传输依赖请求和响应双方的配合，彼此牵制。另外，发送发等当前数据处理完成后，才会有一下次数据发送，所以这类场景无需数据缓存，比较节省资源，但是性能较低。

流式接口

先看时序图，该接口共有5个信号， data_vld（数据有效信号）、 data（数据本身）、 data_sop（表示数据开始）、 data_eop（表示数据结束）、 data_index（和data相关的其他信号，位宽和格式可以用户自定义，往往在data_sop = 1或者data_eop = 1的时候有效，或者在整个data_vld = 1期间保持不变）、 data_afull（数据反压信号，通知对端不要再发送data）。

这种接口信号，非常的像fifo的写接口信号，通过这种接口在发送数据的过程中，只要对端不反压就可以不停的发送。这种接口实现简单，模块之间高度解耦，性能较好。

也有人会想，用这样的私有接口，为什么不用标准axi_stream接口呢？确实这2种接口已经非常非常的相似了，唯一的不同就是反压的处理，私有接口是不反压的时候数据就可以无限制的发送，即发数据依赖data_afull = 0。但是axi_stream接口的vld和ready之间是没有相关关系的，协议规定不能相互依赖，这点这内部处理起来就稍稍麻烦点点。

另外即使afull = 1以后，一般都还可以继续发送2-3拍数据，时序处理起来也非常的简单。而axi_stream中的vld和ready之间是严格的时序关系，必须同时为1，数据才能正常发送，时序处理起来相对麻烦。

总结

当有对外的接口时，应该还是要采用业界标准的接口，但是模块内部的设计，还是要遵循设计简单、实用可靠、无依赖，性能高的基本原则。