數據傳輸是基于地址進行的。在分析和設計微架構時，除了地址域之外，如何選擇地址信號，我覺得也是值得注意的問題。

地址邊界

還記得剛開始工作時，被安排維護AXI總線重排序的公共模塊，當時有一個地址對齊的概念，如64Byte地址邊界、128Byte或者256Byte地址邊界，那會花了有一段時間才搞清楚，但也僅僅是搞清楚，也不清楚引入這一概念的原因，能解決哪些問題。

所謂地址邊界，若某地址能夠被一整數除凈，該地址就稱為整數對應的地址邊界。在系統內都是以0/1的二進制，這一整數一般指的是2的冪次方，如4、8、16、64、128等等。舉例來說，0x200, 0x240, 0x880等等都是64Byte地址邊界；0x200，0x880是128Byte地址邊界，但0x240不是128Byte地址邊界。再談談CacheLine的概念。為提升系統訪問內存的速度，通常會引入緩存Cache，也就是將Memory的內容先搬運到CPU附近。這一緩存是以塊為單位的，需要訪問時，則先將對應的緩存塊搬運到Cache內。這一緩存塊就稱為CacheLine，是緩存Cahe管理的最小單位，可基于系統需求選擇大小，如64Byte或128Byte，甚至是4KByte。每個CacheLine，除了存儲其本身的數據之外，還需要記錄其地址、是否修改等等額外信息。粒度越小，記錄額外信息的資源占比越大；粒度大了，又會對數據的利用率下降；具體大小則需基于需求來確定，如對于AI/GPU計算，可考慮使用4KByte的Caheline。

地址對齊

在考慮微架構設計和軟硬件接口時，訪問Memory盡可能按照整塊地址的訪問，地址邊界對齊，尤其是寫操作。在一般的CPU計算機系統，采用的地址邊界大小至少為64Byte，使用更大的區間，如128Byte/256Byt，在一些場景也是能夠帶來收益的。

數據總線利用率

系統互聯總線的位寬較大，如128、256、512bit，甚至2048bit。但是，每一拍數據的地址并不是隨機，而必須基于一定規則排列，參考AXI協議，如256bits的數據位寬，其地址低位必須是0-31。傳輸32Byte數據，若起始地址為32Byte邊界對齊，1拍可以傳輸完成，利用率為100%，否則需要占用2拍，其利用率只有50%。

對于PCIe數據傳輸來說，其數據長度單位為DW，即4Byte，因此由于地址邊界不對齊帶來的影響比較小。

Full/Partial Write

系統存在CacheLine的定義，若訪問操作為整CacheLine的寫操作，則稱為Full Write，否則為Partial Write。舉例，CacheLine為64Byte，若訪問地址低6位為0，長度為64Byte，就是Full Write；低6位不為0，或長度不為64Byte整數倍，則存在Partial操作。非地址對齊的訪問操作，容易造成Partial Write，引入性能問題。

Read-modify-write

對于Cache、DDR，或者其余類似的Memory系統，存在最小操作粒度的概念。若寫訪問操作小于該最小操作粒度，則需要引入Read-modify-write。將對應地址的數據塊讀取出來，進行修改，再將數據寫入對應地址，需要占用讀通道的帶寬。對于地址對齊的整塊訪問，直接寫入即可。

DMA的地址選擇

Host與PCIe Device之間大量數據的傳輸，基本都是由DMA(Direct Memory Access)完成的。簡單來說，DMA就是從一個地址（源地址）讀取連續的數據，再寫入到另一個地址（目的地址）。硬件邏輯提供源地址、目的地址和搬運長度的軟件編程接口，再被軟件進行調用。復雜一些的硬件實現，還可以支持描述符、鏈表、搬運方式配置和其余系統屬性的配置等等特性，如支持完成中斷。

至于對數據搬運的地址選擇，則是由調用DMA的軟件進行控制的，但是也會受到上下游模塊的約束，如Device側的硬件引擎模塊等等。

在考慮DMA數據流時，需基于系統層面對各模塊的數據訪問需求進行設計，盡可能使得DMA在Host和Device之間的數據搬運是地址邊界對齊的。這一對齊包含兩個方面，一是訪問Device/Host的讀寫訪問是基于地址邊界對齊，二是源地址和目的地址的低位是相等的。兩者其實是類似的，沒有滿足后者，也會引入大量的非地址對齊的操作。至于后者的地址低位，則需基于硬件實現進行考慮，考慮點就是上面描述的幾點要素。

再來看看第二方面引入的邏輯復雜度，源地址和目的地址的低位相等。考慮源和目的方向使用了AMBA總線，數據位寬為512bit/64Byte，若需支持地址不對齊的場景，則需要512個64bit位寬的MUX；若僅需支持地址的低6bit相等，則完全不需要進行移位處理；若僅需支持地址的低2bit性能，硬件邏輯規模也減小為512個16bit位寬的MUX。大量的MUX邏輯也容易引入Congestion風險，需要做額外的優化處理。

結語

地址對齊的概念非常簡單，但容易被忽略。對于軟件人員來說，DMA就是應該支持任意地址到任意地址的數據搬運；但對硬件設計來說，可能需要付出很大的代價才能達成要求。可以考慮做一些折衷，軟件做一些簡單修改，使用地址對齊的數據搬運，硬件實現側對地址對齊的操作進行盡量的優化，而對非地址對齊的做一些簡化處理，不考慮性能但滿足功能，達到較優的PPA。