Nios系統的所有外設都是通過Avalon總線與Nios CPU相接的，Avalon總線是一種協議較為簡單的片內總線，Nios通過Avalon總線與外界進行數據交換。

Avalon總線接口分類

可分為兩類：Slave和Master。slave是一個從控接口，而master是一個主控接口。slave和master主要的區別是對于Avalon總線控制權的把握。master接口具有相接的Avalon總線控制權，而slave接口是被動的。常見的Avalon的傳輸結構有：Avalon總線從讀（slave read），Avalon總線帶一個延遲狀態從讀，Avalon總線從寫（slave write），Avalon總線帶一個延遲狀態從寫。

Avalon總線的特點有

所有外設的接口與Avalon總線時鐘同步，不需要復雜的握手/應答機制。這樣就簡化了Avalon總 線的時序行為，而且便于集成高速外設。Avalon總線以及整個系統的性能可以采用標準的同步時序分析技術來評估。

所有的信號都是高電平或低電平有效，便于信號在總線中高速傳輸。在Avalon總線中，由數據選擇器(而不是三態緩沖器)決定哪個信號驅動哪個外設。因此外設即使在未被選中時也不需要將輸出置為高阻態。

為了方便外設的設計，地址、數據和控制信號使用分離的、專用的端口。外設不需要識別地址總線周期和數據總線周期，也不需要在未被選中時使輸出無效。分離的地址、數據和控制通道還簡化了與片上用戶自定義邏輯的連接 。

其他特性和約定

Avalon總線還包括許多其他特性和約定，用以支持SOPC Builder軟件自動生成系統、總線和外設，包括：

最大4GB的地址空間——存儲器和外設可以映像到32位地址空間中的任意位置

內置地址譯碼——Avalon總線自動產生所有外設的片選信號，極大地簡化了基于Avalon總線的外設的設計工作

多主設備總線結構——Avalon總線上可以包含多個主外設，并自動生成仲裁邏輯

采用向導幫助用戶配置系統——SOPC Builder提供圖形化的向導幫助用戶進行總線配置(添加外設、指定主/從關系、定義地址映像等)。Avalon總線結構將根據用戶在向導中輸入的參數自動生成

動態地址對齊——如果參與傳輸的雙方總線寬度不一致，Avalon總線自動處理數據傳輸的細節，使得不同數據總線寬度的外設能夠方便地連接

Avalon 總線模塊為外設提供的服務

Avalon 總線模塊為連接到總線的Avalon 外設提供了以下的服務：

數據通道多路轉換——Avalon 總線模塊的多路復用器從被選擇的從外設向相關主外設傳輸數據。

地址譯碼——地址譯碼邏輯為每一個外設提供片選信號。這樣，單獨的外設不需要對地址線譯碼以產生片選信號，從而簡化了外設的設計。

產生等待狀態（Wait-State）——等待狀態的產生拓展了一個或多個周期的總線傳輸，這有利于滿足某些特殊的同步外設的需要。當從外設無法在一個時鐘周期內應答的時候，產生的等待狀態可以使主外設進入等待狀態。在讀使能及寫使能信號需要一定的建立時間/保持時間要求的時候也可以產生等待狀態。

動態總線寬度——動態總線寬度隱藏了窄帶寬外設與較寬的Avalon 總線（或者Avalon 總線與更高帶寬的外設）相接口的細節問題。舉例來說，一個32 位的主設備從一個16 位的存儲器中讀數據的時候，動態總線寬度可以自動的對16 位的存儲器進行兩次讀操作，從而傳輸32 位的數據。這便減少了主設備的邏輯及軟件的復雜程度，因為主設備不需要關心外設的物理特性。

中斷優先級（Interrupt-Priority）分配——當一個或者多個從外設產生中斷的時候，Avalon 總線模塊根據相應的中斷請求號(IRQ)來判定中斷請求。

延遲傳輸（Latent Transfer）能力——在主、從設備之間進行帶有延遲傳輸的邏輯包含于Avalon總線模塊的內部。

流式讀寫（Streaming Read and Write）能力——在主、從設備之間進行流傳輸使能的邏輯包含于Avalon 總線模塊的內部。