Xilinx FPGA中全局时钟资源的使用方法

IBUFDS、IBUFGDS和OBUFDS都是差分信号缓冲器,用于不同电平接口之间的缓冲和转换。

1. IBUFG 即输入全局缓冲,是与专用全局时钟输入管脚相连接的首级全局缓冲。所有从全局时钟管脚输入的信号必须经过IBUFG单元,否则在布局布线时会报错。IBUFG支持AGP,CTT,GTL,GTLP,HSTL,LVCMOS,LVDCI,LVPECL,LVTTL,PCI,PCIX,,SSTL等多种格式的IO标准。

2. IBUFGDS 是IBUFG的差分形式,当信号从一对差分全局时钟管脚输入时,必须使用IBUFGDS支持BLVDS、LDT、LVDSEXT、LVDS、LVPECL、ULVDS等多种格式的IO标准。

3. BUFG 即全局缓冲,它的输入是IBUFG的输出,BUFG的输出到达FPGA内部的IOB、CLB、Block Select RAM的时钟延迟和抖动最小。

4. BUFGCE 是带有时钟使能端的全局缓冲,它的一个输入I、一个使能端CE、一个输出端O。仅当BUFGCE的使能端CE有效(高电平)时,BUFGCE才有输出。

5. BUFGMUX 是全局时钟选择缓冲,它有两个输入I0和I1,一个控制端S,一个输出端O。当S为低电平时输出时钟为I0,反之为I1。需要指出的是BUFGMUX的应用十分灵活,I0和I1两个输入时钟甚至可以为异步关系。

6. BUFGP 相当于IBUFG加上BUFG。

7. BUFGDLL 是全局缓冲延迟锁相环,相当于BUFG和DLL的结合。在早期设计中经常使用,用以完成全局时钟的同步、驱动等功能。随着数字时钟管理单元DCM的日益完善,目前BUFGDLL的应用已经左键被DCM所取代。

8. DCM 即数字时钟管理单元,主要完成时钟的同步、移相、分频、倍频、去抖(skew)等。DCM与全局时钟有着密不可分的联系,为了达到最小的延迟和抖动,几乎所有的DCM应用都要使用全局缓冲资源。DCM可以用Xilinx ISE软件中的Architecture Wizard直接生成。


Xilinx全局时钟资源的常用方法:


1. IBUFG + BUFG的使用方法:

IBUFG后面连接BUFG的方法是最基本的全局时钟资源的使用方法,由于IBUFG组合BUFG相当于BUFGP,所以在这种使用方法也称为BUFGP方法。

2. IBUFGDS + BUFG的使用方法:

当输入时钟信号为差分信号时候,需要使用IBUFGDS代替IBUFG。

3. IBUFG + DCM + BUFG的使用方法:

这种使用方法最为灵活,对于全局时钟的控制更加有效。通过DCM模块不仅仅能对时钟进行同步、移相、分频、倍频等变换,而且可以使全局时钟的输出达到无抖动延时(‘0’ skew)。

4. Logic + BUFG的使用方法:

BUFG不但可以驱动IBUFG的输出,还可以驱动其他普通信号的输出。当某个信号(时钟、使能、快速路径)的扇出非常大,并且要求抖动延迟最小时,可以使用BUFG驱动该信号,使该信号利用全局时钟资源。但是需要注意的是,普通IO的输入或普通片内信号进入全局时钟布线层需要一个固定的延时,一般在10ns左右,也就是说普通IO和普通片内信号从输入到BUFG输出有一个约10ns左右的固定延时,但是BUFG的输出到片内所有单元(IOB、CLB、Block Select RAM)的延时可以忽略不计为‘0’ ns。

5. Logic + DCM + BUFG的使用方法:

DCM同样可以控制并变换普通时钟信号。也就是说DCM的输入也可以是普通片内信号。

Xilinx全局时钟资源必须满足的重要原则:使用IBUFG 或 IBUFGDS的充分必要条件是信号从专用全局时钟关键输入。

这条规则使用由Xilinx的FPGA的内部结构决定:IBUFG和IBUFGDS的输入端仅仅与芯片的专用全局时钟输入管脚有物理连接,与普通IO和其他内部CLB等没有物理连接。

更多使用方法,及FPGA设计的准则,参考FPGA设计指导准则,https://download.csdn.net/download/github_33678609/11082588

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