AXI Stream（AXI4-Stream）总线是 ARM 公司推出的 AXI（Advanced eXtensible Interface）协议家族中的一员，专门用于高速、连续的流式数据传输，广泛应用于 FPGA、SoC 等嵌入式系统中，例如视频处理、音频传输、高速接口（如 Ethernet、PCIe）的数据交换等场景。
与 AXI4（面向地址映射的存储访问）不同，AXI Stream 取消了地址线，专注于 “无地址” 的流式数据传输，通过简化信号和握手机制，实现高带宽、低延迟的数据流转。
一、AXI Stream 的核心特点
无地址传输数据以 “流” 的形式连续传输，无需地址指定（区别于 AXI4 的地址 - 数据分离传输），适合连续数据流（如视频帧、数据包）。
单向性总线分为 “主设备（Master）” 和 “从设备（Slave）”，数据只能从主设备流向从设备（单方向），若需双向传输，需两条独立的 AXI Stream 总线。
灵活的数据宽度支持任意数据宽度（如 8bit、32bit、64bit 等），主从设备可通过协商适配不同宽度（需硬件设计保证兼容性）。
支持突发传输与帧标记可通过信号标记 “帧的开始 / 结束”“数据有效范围” 等，适合按 “帧” 或 “包” 传输的数据（如网络数据包、视频帧）。
简单的握手机制仅通过
valid和ready信号实现握手，确保数据可靠传输，无复杂的地址或响应信号，降低延迟。
二、AXI Stream 的关键信号
AXI Stream 的信号集精简且灵活，核心信号如下（以标准 32bit 数据总线为例）：
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TDATA |
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TVALID |
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TVALID=1表示TDATA上的数据有效，主设备已准备好发送。
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TREADY |
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TREADY=1表示从设备已准备好接收，可接收TDATA的数据。
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TLAST |
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TLAST=1表示当前TDATA是一帧 / 一包数据的最后一个数据单元。
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TUSER
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TKEEP
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TDATA宽度大于 8bit 时，标记哪些字节有效（如 32bit 总线中，TKEEP=4'b1100表示高 2 字节有效）。
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TSTRB
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TKEEP类似，通常用于指示哪些字节需要被写入（较少使用）。
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TID
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TDEST
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三、核心握手机制（TVALID & TREADY）
AXI Stream 的传输通过TVALID和TREADY的握手实现，规则如下：
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当且仅当 TVALID=1且TREADY=1时，在时钟上升沿完成一次数据传输。 -
主设备可在 TREADY=0时保持TVALID=1（数据保持有效），等待从设备就绪。 -
从设备可在 TVALID=0时保持TREADY=1（始终就绪），等待主设备发送数据。
这种机制允许主从设备以各自的速率传输数据（“异步” 适配），避免因速度不匹配导致的数据丢失。
四、帧传输示例（带 TLAST）
以 “一帧数据包含 4 个 32bit 数据单元” 为例，传输时序如下：
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主设备发送第 1 个数据： TVALID=1，TDATA=D1，TLAST=0；从设备TREADY=1，握手成功，D1 被接收。 -
主设备发送第 2 个数据： TVALID=1，TDATA=D2，TLAST=0；从设备TREADY=1，D2 被接收。 -
主设备发送第 3 个数据： TVALID=1，TDATA=D3，TLAST=0；从设备可能因内部缓冲满而TREADY=0，主设备保持TVALID=1等待。 -
从设备缓冲释放， TREADY=1，D3 被接收。 -
主设备发送第 4 个数据（最后一个）： TVALID=1，TDATA=D4，TLAST=1；TREADY=1，握手成功，D4 被接收，同时TLAST=1标记帧结束。
通过TLAST，从设备可明确识别一帧数据的边界，便于后续处理（如帧缓存、校验等）。
五、可选信号的典型应用
- TKEEP
：用于数据宽度大于 8bit 的场景，例如 32bit 总线传输 “仅高 16bit 有效” 的数据时， TKEEP=4'b1100（高 2 字节有效）。 - TUSER
：携带辅助信息，例如视频传输中标记 “当前像素是否为关键帧”，或网络传输中携带 “数据包校验和”。 - TID
：多流复用场景，例如同一总线上传输摄像头 A 和摄像头 B 的视频流， TID=0表示 A 的流，TID=1表示 B 的流。
六、与 AXI4 的对比
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七、AXI Stream 的优势与适用场景
- 优势
：结构简单、延迟低、带宽高，适合连续数据流；灵活的可选信号支持复杂场景；握手机制适配主从设备速度差异。 - 适用场景
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视频 / 图像处理（如 HDMI、MIPI 数据传输）； -
高速通信接口（如 Ethernet、PCIe、USB 的数据包传输）； -
音频编解码、雷达信号处理等流式数据场景； -
FPGA 内部 IP 核间的数据交互（如 DMA 与外设、DSP 与 ADC/DAC）。
总结
AXI Stream 是为 “连续流式数据” 设计的高效传输协议，通过精简信号和灵活的握手机制，在高速数据传输场景中表现优异。其核心是TVALID/TREADY握手和TLAST帧标记，配合可选信号可满足从简单到复杂的各类流式传输需求，是 FPGA 和 SoC 设计中不可或缺的总线协议。
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