如何正確使用FPGA的時(shí)鐘資源

作者：時(shí)間：2013-09-28 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
  海量資料庫(kù)查詢(xún)

ADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px 0px 20px; WORD-SPACING: 0px; FONT: 14px/25px 宋體, arial; TEXT-TRANSFORM: none; COLOR: rgb(0,0,0); TEXT-INDENT: 0px; PADDING-TOP: 0px; WHITE-SPACE: normal; LETTER-SPACING: normal; webkit-text-size-adjust: auto; orphans: 2; widows: 2; webkit-text-stroke-width: 0px">　　建立時(shí)鐘的鏡像需要將時(shí)鐘信號(hào)送出FPGA器件，然后又將它接收回來(lái)?？梢允褂眠@種方法為多種器件的板級(jí)時(shí)鐘信號(hào)去歪斜。DCM能夠把時(shí)鐘信號(hào)從FPGA發(fā)送到另一個(gè)器件。這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA的輸入時(shí)鐘信號(hào)不能直接路由到輸出引腳，沒(méi)有這樣的路由路徑可用。如果僅需要發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，那么使用DCM將時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送到輸出引腳，可以確保信號(hào)的保真度。另外也可選擇在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送之前，將DCM輸出連接到ODDR觸發(fā)器。當(dāng)然也可以選擇不使用DCM，僅使用ODDR 來(lái)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。往往時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器需要將時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)到設(shè)計(jì)的多個(gè)組件。這會(huì)增大時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷，導(dǎo)致出現(xiàn)時(shí)鐘歪斜及其它問(wèn)題。在這種情況下，需要采用時(shí)鐘緩沖來(lái)平衡負(fù)載。

　　時(shí)鐘可以連接到FPGA上的一系列邏輯塊上。為確保時(shí)鐘信號(hào)在遠(yuǎn)離時(shí)鐘源的寄存器上有合適的上升和下降時(shí)間（從而將輸入輸出時(shí)延控制在允許的范圍內(nèi)），需要在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載之間插入時(shí)鐘緩沖器。DCM可用作時(shí)鐘輸入引腳和邏輯塊之間的時(shí)鐘緩沖器。

　　最后，還可以使用DCM將輸入時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分I/O標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。例如，DCM可以將輸入的LVTTL時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送出去。

　　相位匹配時(shí)鐘分頻器

　　設(shè)計(jì)人員可使用相位匹配時(shí)鐘分頻器（PMCD）來(lái)生成相位匹配的分頻輸入時(shí)鐘信號(hào)。這與分頻時(shí)鐘的DCM頻率綜合相似。PMCD還能生成設(shè)計(jì)中相位匹配但有延遲的時(shí)鐘信號(hào)。在后一種情況下，PCMD能夠在輸入時(shí)鐘信號(hào)和其它PMCD輸入時(shí)鐘信號(hào)之間保持邊緣對(duì)齊、相位關(guān)系和歪斜。與DCM不同的是，在分頻器的值可配置的情況下，賽靈思器件中現(xiàn)有的PMCD生成的時(shí)鐘信號(hào)僅按2、4和8分頻。這意味著PMCD生成的時(shí)鐘信號(hào)的頻率是輸入時(shí)鐘信號(hào)的1/2、1/4和1/8。在如Virtex-4FPGA這樣的賽靈思器件中，PMCD緊鄰 DCM并與其位于同一列上。每一列有兩個(gè)PMCD-DCM對(duì)。因此DCM的輸出可以驅(qū)動(dòng)PMCD的輸入。

　　由于DCM還負(fù)責(zé)處理去歪斜，因此只要不需要去歪斜時(shí)鐘，設(shè)計(jì)人員就可以使用不帶DCM的PMCD。通過(guò)專(zhuān)用引腳，還可以把一列中的兩個(gè)PMCD連接起來(lái)。圖2是 Virtex-4器件中的PMCD原語(yǔ)。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱Virtex-4FPGA用戶(hù)指南（UG070，2.6版本）。

　　如何正確使用FPGA的時(shí)鐘資源

　　混合模式時(shí)鐘管理器

　　另一種類(lèi)型的時(shí)鐘資源——混合模式時(shí)鐘管理器（MMCM），用于在與給定輸入時(shí)鐘有設(shè)定的相位和頻率關(guān)系的情況下，生成不同的時(shí)鐘信號(hào)。不過(guò)與DCM不同是，MMCM使用PLL來(lái)完成這一工作。Virtex-6FPGA中的時(shí)鐘管理模塊（CMT）有兩個(gè)MMCM，而Virtex-7中的CMT有一個(gè) MMCM和一個(gè)PLL。Virtex-6器件中的MMCM沒(méi)有擴(kuò)頻功能，因此輸入時(shí)鐘信號(hào)上的擴(kuò)頻不會(huì)被濾波，將直接被傳送給MMCM輸出時(shí)鐘。但 Virtex-7FPGA的MMCM卻有擴(kuò)頻功能。

　　Virtex-6FPGA中的MMCM要求插入一個(gè)校準(zhǔn)電路，以便在用戶(hù)復(fù)位或用戶(hù)斷電后確保MMCM正確運(yùn)行。賽靈思ISE設(shè)計(jì)套件11.5版本及更高版本能夠在設(shè)計(jì)的MAP階段自動(dòng)插入必要的校準(zhǔn)電路。若使用賽靈思ISE 的更早版本，則需要使用賽靈思技術(shù)支持部提供的設(shè)計(jì)文件手動(dòng)插入校準(zhǔn)電路。最后需要注意的是，在本移植該設(shè)計(jì)，以便用ISE11.5版本或更高版本實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須手動(dòng)移除校準(zhǔn)電路，或通過(guò)適當(dāng)設(shè)置每個(gè)MMCM上的綜合屬性，禁用自動(dòng)插入功能。詳細(xì)介紹請(qǐng)參閱賽靈思答復(fù)記錄AR#33849。

　　對(duì)7系列器件中的MMCM就不存在這樣的問(wèn)題，因?yàn)檫@些FPGA只得到ISE13.1版本和更高版本以及新型Vivado設(shè)計(jì)套件的支持。Virtex-6系列中提供的MMCM間專(zhuān)用走線可便于用戶(hù)將全局時(shí)鐘資源用于設(shè)計(jì)的其余部分。

　　圖 3顯示了Virtex-6FPGA中的MMCM原語(yǔ)。各個(gè)端口的詳細(xì)介紹請(qǐng)參閱Virtex-6FPGA時(shí)鐘資源用戶(hù)指南（UG362，2.1版本）。圖 4顯示了賽靈思7系列FPGA中的MMCM原語(yǔ)，有關(guān)詳細(xì)介紹請(qǐng)參閱7系列FPGA時(shí)鐘資源用戶(hù)指南（UG472，1.5版本）。

　　 Virtex-6FPGA中的MMCM原語(yǔ)