時鐘就是脈搏，能否工作全靠它！

話不多說，直接上干貨！

文中全部使用GTX代指GT Transceiver，同樣適用于GTH。

一、參考時鐘
1.1 收發測試能跑起來的基本參考時鐘設置
我們先回顧下上一節的基礎知識：Quad、QPLL、CPLL、Channel、Common；基礎知識理解了有利于后面內容的了解。

每一個GTX獨有的CPLL，4個GTX共有的一個QPLL，2個外部參考時鐘輸入，和專用參考時鐘布線（REFCLK Distribution）。

在Quad中，GTXE2_CHANNEL原語以及GTXE2_COMMON原語都必須例化，需要注意的是不管使用還是不使用QPLL，GT_COMMON都是要例化的，這是工具自動操作的。

外部參考差分時鐘輸入經過 IBUFDS_GTE2原語轉為單端時鐘后，就是GTX的參考時鐘輸入端口：

IBUFDS IBUFDS_inst (
.O(O), // 1-bit output: Buffer output
.I(I), // 1-bit input: Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(IB) // 1-bit input: Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);

前文已說過，1個Quad有2個參考時鐘，我們稱之為REFCLK0，REFCLK1，具體用哪一個，看你外部板卡設計時，實際給了哪一路。然后在IP配置時候，選擇使用對應的參考時鐘：

總結如下：

①參考時鐘根據板子實際時鐘來選擇頻率；

②參考時鐘給到REFCLK0 還是REFCLK1也由板子設計決定。

但是對于我們學習做仿真而言，暫時不用管它；如果按照上圖配置來例化IP；那么對應到程序中就是：

（根據IP配置）差分輸入參考時鐘頻率為156.25Mhz，然后經過IBUFDS原語后轉為單端時鐘并給到參考時鐘REFCLK1；而REFCLK0由于沒有使用，直接給0 。

1.2 繼續了解時鐘，走著
如果只是測試收發，跑跑仿真，那么到這里，我們就可以不用繼續研究了。直接跳到第二章--系統時鐘。但是GTX的時鐘遠不止如此；要知道K7325T有16個GTX ，V7系列更多；當GTX數量多了的時候，時鐘又如何設定？

繼續上圖：

注意到紅框的REFCLK Distribution了嗎？專用參考時鐘布線。

REFCLK Distribution的上下參考時鐘引腳分別為南北時鐘輸入引腳。用于Quad之間共享參考時鐘；也就是說，并不一定每一個Quad都需要外部參考時鐘，有的Quad可以和其他Quad共享參考時鐘，而共享的來源就是南北時鐘輸入引腳。Quad的南北參考時鐘稱為GTSOUTHREFCLK以及GTNORTHREFCLK。

我們再繼續看來自QPLL參考時鐘的4通道結構圖：

又總結一下：

每個Quad中的GTX通道有6個可用的參考時鐘輸入：

兩個外部輸入參考差分時鐘，經過IBUFDS后就是GTREFCLK0和GTREFCLK1；

來自于Quad上面的兩個參考時鐘引腳對，GTSOUTHREFCLK0和GTSOUTHREFCLK1；

來自于Quad下面的兩個參考時鐘引腳對，GTNORTHREFCLK0和GTNORTHREFCLK1；

好家伙，一下子來這么多參考時鐘，GTX都蒙了，用哪個呢？

時鐘多路選擇器安排唄。

下圖是QPLL參考時鐘多路選擇器：

注意：多了一個GTGREFCLK，這個時鐘是由內部邏輯產生的參考時鐘。貌似只用于內部測試。

CPLL同理，就不啰嗦了，直接上圖：

1.3 單個外部參考時鐘使用情形
（1）單個外部參考時鐘驅動單個Quad中的多個GTX

這種情況很簡單，也很常見，一個Quad共用一個外部參考時鐘，直接看圖：

用戶設計直接將外部參考時鐘經過IBUFDS_GTE2輸出REFCLK連接到GTX 的COMMON 、CHANNEL 原語。

（2）單個外部參考時鐘驅動多個Quad中的多個GTX

單個外部參考時鐘也可以驅動多個Quad中的多個GTX，例如：

但是，須得遵守一定的規則：

源Quad上方的Quad數量不能超過1個；

源Quad下方的Quad數量不能超過1個；

源Quad，指的是直接連接到外部參考時鐘的Quad。

即是說： 1個外部參考時鐘所驅動的Quad總數不超過3個，或驅動的Transceiver不超過12個。

1.4 多個外部參考時鐘使用情形
（1）同一個QUAD中，多個GTX Transceiver使用多個參考時鐘

每個Quad有兩個專用的差分時鐘輸入引腳(MGTREFCLK0[P/N]或 MGTREFCLK1[P/N]) ，可以連接到外部時鐘源。 每個專用的參考時鐘引腳對輸入進來后必須例化IBUFDS_GTE2，再給到GTX使用。

說再多也不如一張圖看的直接：

看圖說話：MGTREFCLK0[P/N]連接到GTREFCLK0，將MGTREFCLK1[P/N]連接到GTREFCLK1管腳。

（2）不同QUAD中，多個GTX Transceiver 使用多個參考時鐘

參考時鐘選擇結構的靈活性允許Quad中的每個Transceiver都可以訪問上下Quad中的專用參考時鐘。

不啰嗦，上圖上圖：

在每個GTX有多個參考時鐘選項的情況下，設計的時候根據需求設置 QPLLREFCLKSEL[2:0]和CPLLREFCLKSEL[2:0]。該遵守的規則還是要遵守的：1個外部參考時鐘所驅動的Quad總數不超過3個，或驅動的Transceiver不超過12個。

1.5 QPLL/CPLL工作原理
算了， 略過吧，有興趣具體查閱手冊《UG476》。

二、系統時鐘

對應IP設置的第三頁，我們所設置的時鐘頻率，也是DRP CLOCK；跟板子提供的時鐘對應；

對應到代碼：
input wire DRP_CLK_IN_P,

input wire DRP_CLK_IN_N,

我們參照Example Design中對該時鐘的處理：

先經過IBUFDS轉為單端時鐘，然后經過BUFG，再給到GTX核。
IBUFDS IBUFDS_DRP_CLK (
.I (DRP_CLK_IN_P),
.IB (DRP_CLK_IN_N),
.O (DRPCLK_IN)
);

BUFG DRP_CLK_BUFG(
.I (DRPCLK_IN),
.O (drpclk_in_i)
);

這里，有個有意思的事情：

筆者使用50Mhz / 100Mhz 輸入，最終GTX輸出都是OK的，什么原因呢？

三、邏輯使用的時鐘
TXUSRCLK 和 TXUSRCLK2 生成：

（以下內容為UG476翻譯）

FPGA發送端包含兩個并行時鐘：TXUSRCLK 和 TXUSRCLK2，

TXUSRCLK是GTX中PCS邏輯的內部時鐘。它的頻率由TX端的Line Rate和內部數據總線寬度共同決定：

TXUSRCLK2是GTX的TX端信號的主要同步時鐘。 GTX發送的大多數信號都是在TXUSRCLK2的上升沿進行采樣。TXUSRCLK2和TXUSRCLK之間有一個固定比率關系，由TX_DATA_WIDTH 和TX_INT_DATAWIDTH決定，見下圖：

回想一下，我們要通過某個IP核進行發送數據，那么發送數據模塊所使用的時鐘必然是該IP核出來的同步時鐘。

對于GTX而言，我們發送數據所在的時鐘域，就是由核輸出的gt0_txoutclk_i。

再來看兩種情況：

（1）單通道——TXOUTCLK 驅動TXUSRCLK2 (2-Byte 或者4-Byte 模式)

（2）多通道——TXOUTCLK 驅動TXUSRCLK2 (2-Byte or 4-Byte 模式)

四、時鐘篇小結
前面解釋的很詳細了，最后放張圖吧。

審核編輯：湯梓紅