xilinx FPGA全局时钟资源的使用

Posted 2020-11-22 muyuqingchen

1.什么是xilinx fpga全局时钟资源

　　时钟对于一个系统的作用不言而喻，就像人体的心脏一样，如果系统时钟的抖动、延迟、偏移过大，会导致系统的工作频率降低，严重时甚至会导致系统的时序错乱，实现不了预期的逻辑功能。xilinx fpga内的全局时钟资源可以很好的优化时钟的性能，因此在设计时要尽可能多的使用fpga内部的时钟资源。xilinx fpga内部的全局时钟采用全铜工艺实现，配合专用时钟缓冲和驱动结构，可以使进入全局时钟网络的时钟到达fpga内部各个逻辑单元的抖动和延迟最小。全局时钟资源是专用布线资源，存在于全铜布线层上，使用全局时钟资源不会影响芯片的其他布线资源。最好的全局时钟解决方案是：让时钟从全铜工艺的全局时钟输入管脚进入fpga，然后经内部的全局时钟缓冲单元去控制各个触发器。xilinx常用的全局时钟资源原语有：全局时钟缓冲IBUFG、差分全局时钟缓冲IBUFGDS、全局缓冲BUFG、数字时钟管理单元DCM、锁相环PLL。

2.全局时钟资源的使用方法

　　IBUFG是从全局时钟输入管脚输入的单端时钟的第一级缓冲，IBUFGDS是指的是差分时钟的缓冲。只要是从全局时钟管脚的输入的时钟必须要经过IBUFG，如果不经过，那么ise在布局布线时就会报错，反之如果使用了IBUFG，那么信号一定是从全局时钟输入管脚输入的，这是因为IBUFG和IBUFGDS的输入只和fpga的全局时钟输入引脚有物理上的连接，与普通的IO和内部逻辑块CLB没有物理上的连接。BUFG是全局缓冲，BUFG的输出到达fpga内部各个逻辑单元的时钟延迟与抖动都是最小的。BUFG不但可以驱动IBUFG和DCM的输出，还可以驱动其他普通的片内信号和普通io，当某个信号扇出很大时，而且要求的抖动延迟最小时，可以用BUFG驱动该信号，普通IO和普通的片内逻辑信号进入全局时钟布线层有一个固定的延迟，一般在10ns左右，即普通信号或普通IO从输入到BUFG的输出有一个约10ns左右的固有延迟，但BUFG的输出到片内所有的单元（IOB，CLB，选择性块RAM）的延时可以忽略不计。时钟资源原语的使用方法主要有以下四种：

　　1.IBUFG/IBUFGDS + BUFG

IBUFG IBUFG_INST(
　　.I(clk_in),
　　.O(clk_bufg)
);

BUFG BUFG_INST(
　　.I(clk_bufg),
　　.O(clk_out)
);    

 

　　2.内部逻辑信号 + BUFG

BUFG BUFG_INST(
　　.I(internal_sig),
　　.O(clk_out)
);

 

　　3.IBUFG/IBUFGDS + DCM + BUFG (常用方法，比较灵活)

IBUFG IBUFG_INST(
　　.I(clk_in),
　　.O(clk_bufg)
);

  dcm dcm_inst (

    .CLKIN_IN(clk_bufg), 

    .RST_IN(dcm_lvds_rst),              

    .CLKDV_OUT(dcm_lvds_clk0_div), 

    .CLKFX_OUT(), 

    .CLK0_OUT(dcm_lvds_clk0), 

    .LOCKED_OUT(dcm_lvds_locked)

    );

BUFG BUFG_sen_rx_div_clk(

       .I(dcm_lvds_clk0_div),

       .O(sen_rx_div_clk) 

);

 

　　4.内部逻辑信号 + DCM + BUFG (DCM的信号源选择内部，不使用加了BUFG的外部信号源)

 dcm dcm_inst (
    .CLKIN_IN(internal_sig), 
    .RST_IN(dcm_lvds_rst),              
    .CLKDV_OUT(dcm_lvds_clk0_div), 
    .CLKFX_OUT(), 
    .CLK0_OUT(dcm_lvds_clk0), 
    .LOCKED_OUT(dcm_lvds_locked)
    );

BUFG BUFG_sen_rx_div_clk(
       .I(dcm_lvds_clk0_div),
       .O(sen_rx_div_clk) 
);