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Xilinx SelectIO资源的使用总结

mhx3211
助工
2017-06-29 13:52:11     打赏
Virtex系列的FPGA的 基本I/O逻辑资源都包括组合输入、输出资源，三态输出控制、寄存器输入输出控制、SDR输入输出、DDR输出三态控制等。此外V5、V6器件还包括了IODELAY提供了对高分辨率可调整延迟单元的用户控制、SAME_EDGE 输出DDR模式，SAME_EDGA和SAME_EDGA_PIPELINED输入DDR模式等，以下主要是总结个人学习记录。

一、输入输出延迟单元IODELAY

每个I/O模块都包含一个可编程绝对的延迟单元IODELAY。它可以连接到ILOGIC/ISERDES或者OLOGIC/OSERDES模块。IODELAY有64个tap的环绕单元。通过选择IDELAYCTRL的参考时钟，可以改变这64个tap的延迟分辨率。IODELAY可以用于组合输入/输出通路、寄存器输入/输出通路，也可以在内部资源中直接使用。

(1) 当用作IDELAY时，数据从IBUF或者内部资源输入，然后输出到ILOGIC/ISERDES。
*零保持时间模式，此时IDELAY_TYPE =Default，这种模式不需要例化IDELAYCTRL基元。
*固定时间延迟模式，此时IDELAY_TYPE= FIXED,这种模式下，配置时将延迟值预设置成由属性IDELAY_VALUE确定的Tap数。使用时必须例化IDELAYCTRL基元。
*可变延迟模式，可以在配置后通过控制信号CE和INC来改变延迟，使用时必须例化IDELAY_CTRL。

(2) 当中ODELAY时，数据从OLOGIC/OSERDES输入。配置时将预设值成由ODELAY_VALUE确定的Tap数，使用时必须例化IDELAYCTRL元件。

(3) 当中双向延迟时，将IOB配置成双向模式，IODELAY交替延迟输入输出通过的延迟。有下面两种可配的模式

*固定时间延迟模式，此时IDELAY_TYPE= FIXED,这种模式下，配置时将延迟值预设置成由属性IDELAY_VALUE确定的Tap数。使用时必须例化IDELAYCTRL基元。

*可变延迟模式，可以在配置后通过控制信号CE和INC来改变延迟，使用时必须例化IDELAY_CTRL。

一般情况下，如果只是例化了一个IDELAYCTRL，那么可以不添加LOC约束，但是当例化的IDELAYCTRL超过一个的时候就必须添加位置约束，否则会ISE软件在综合实现的时候就会报错。

二、IDELAYCTR的使用

如果IOBDELAY_TYPE属性被设置为FIXED或者VARIABLE，则必须在代码中例化IDELAYCTRL模块，IDELAYCTRL模块在其区域里连续标定各个延迟单位，简单总结下IDELAYCTRl的使用方法。

（1） 无LOC约束的IDELAYCTRL
当例化无LOC约束的IDELAYCTRL时，HDL代码中必须只例化一个IDELAYCTRL实例，ISE实现时会自动复制到整个器件的延迟单元时钟区域当中，这样每一个时钟区域都有消耗一个全局时钟资源比，使用的布局布线资源也比较高，进而使得芯片的功耗也比较大。

当忽略RDY端口时，所以复制的IDELAYCTRL实例的RDY信号均不连接，但是当连接RDY端口时，例化一个宽度等于时钟区域数的与门，ISE实现时会自动连接到已经例化的所有IDELAYCTRL实例的RDY端口的信号与门输出。

（2） 有LOC约束的IDELAYCTRL
使用IDELAYCTRL模块最有效的方法是定义并且锁定代码中例化的所有的IDELAYCTRL实例的位置，Xilinx官方推荐在使用延迟单元时，应该定义并且锁定所有的ISERDES和IDELAY元件的位置，使用有LOC约束的IDELAYCTRL

添加有LOC的IDELAYCTRL需要注意：
一个IDELAYCTRL基元可同时覆盖一个clock region，而一个clock region包含不止一个IOB，在约束IDELAYCTRL基元LOC时，需要仔细定位该IOB属于哪个LOC的IDELAYCTRL。

（3） 位置约束
每一个IDELAYCTRL模块都有XY坐标位置，为了约束位置，IDELAYCTRL实例可以附带LOC属性，为IDELAYCTRL附加LOC属性可以在UCF文件中加入 INST “Instance name” LOC = IDELAYCTRL_X#Y#; 或者在HDL设计文件中直接嵌入LOC约束

下列语法用于在HDL设计文件中嵌入LOC约束。
  1. // synthesis attribute loc of instance_name is "IDELAYCTRL_X#Y#";
  2. 比如一个完整的实例:
  3. IODELAY #(
  4. .DELAY_SRC ( "O" ), //IODELAY源是ODATAIN
  5. .IDELAY_TYPE ( "FIXED" ), //静态延迟
  6. .ODELAY_VALUE ( 16 ), //固定延迟数为16个tap
  7. .REFCLK_FREQUENCY ( 200.0 ) //IDELAYCTRL参考时钟200MHz
  8. )IODELAY_INST
  9. (
  10. .C ( 1'b0 ), //可变模式下使用的时钟输入
  11. .CE ( 1'b0 ), // 是否启动递增/递减功能
  12. .DATAIN ( 1'b0 ),
  13. .IDATAIN ( 1'b0 ),
  14. .INC ( 1'b0 ), //tap延迟的递增/递减选择
  15. .ODATAIN ( LED ), //来自OLOGIC/OSERDES的信号
  16. .RST ( 1'b0 ),
  17. .T ( 1'b0 ), //用作ODELAY
  18. .DATAOUT ( LED )
  19. );
  20. IDELAYCTRL IDELAYCTRL_inst
  21. (
  22. .RDY ( RDY ), // 1-bit ready output
  23. .REFCLK ( System_Clk ), // 1-bit reference clock input
  24. .RST ( 1'b0 ) // 1-bit reset input
  25. );
复制代码
三、高级的SelectIO逻辑资源（ChipSync）

高级SelectIO逻辑资源包括ISERDES和OSERDES，它可以支持非常高的I/O数据速率，允许内部逻辑以低于I/O的速率运行。BitSlip子模块，可以根据培训模式检测数据重新对齐边界。

（1） ISERDES功能
专用的解串器/串并转换器：ISERDES可以实现高速数据传输，完全不需要FPGA内部逻辑与输入数据频率匹配，此转换器支持SDR、DDR两种模式。在SDR模式下，串并转换器可以创建2、3、4、5、6、7、8位宽的并行字，在DDR模式下，串并转换器可以创建4、6、8、10位宽的并行字。

BitSilp子模块：这个模块支持对进入FPGA内部资源的并行数据进行重新排序的功能，可以用来培训模式的源同步端口。

（2） ISERDES宽度拓展方法
每一个I/O模块中都有一主一从两个ISERDES模块，对于构建大于1：6串行转换器时需要用级联的方式将两个ISERDES连接起来。通过主ISERDES的SHIFOUT端口连接到从ISERDES的SHIFIN端口，可以将串并转换器的最大扩展到1:10(DDR模式)和1:8（SDR模式）。 扩展串并转换器位宽的原则如下：
A、 两个ISERDES模块必须是相邻的主从对。
B、 将主ISERDES的SERDES_MODE设置为MASTER，将从ISERDES的SERDES_MOD设置为Slaver。
C、 将Slave的shifin端口连接到master的shifout端口。
D、 Slave仅仅使用端口Q3~Q6作为输入端口。
E、 Master和Slave的数据宽度相等。

（3） OSERDES模块
每一个OSERDES模块都包括一个用于数据和三态控制的专用转换器。数据和三态都可以配置成SDR和DDR模式，数据串行化可达6:1 ，如果使用宽度扩展的话，可以到达10:1，三端口串行化可达4:1。

（4） OSERDES模块的扩展方法：Oserdes扩展和Iserdes扩展方式一致。
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