Xilinx SelectIO IP使用說明

引言

雷達信號處理離不開高速ADC/DAC的使用，而高速ADC/DAC的信號處理對時序的要求非常苛刻。Xilinx SelectIO IP的出現滿足了大多數芯片對于時序的處理需求，開發者可以高效的完成ADC/DAC驅動設計。

本文主要針對Xilinx SelectIO IP的GUI（圖形用戶界面），對每個參數進行詳細解釋，理解其中的內涵，快速完成驅動設計。下文詳細講述各個參數含義，內容上有些枯燥，后續進行FPGA設計實戰，理論與實際相結合。

介紹

Xilinx SelectI IP是一個VHDL/Veilog封裝文件，根據用戶配置生成實例化的I/O邏輯，滿足了輸入SERDES、輸出SERDES和延遲模塊的應用要求。另外，它也可以例化生成所需的I/O時鐘原語，將它連接到I/O引腳。

特色

支持輸入、輸出或雙向總線，數據總線寬達16位，滿足絕大多數器件的設計要求；

創建驅動I/O所需的時鐘電路邏輯，分為內部時鐘或外部時鐘電路邏輯；

可選數據或時鐘延遲插入，對數據信號進行同步或數據信號與時鐘信號之間進行同步；

支持單、雙數據速率，實現信號與數據的相互轉換；

支持多種數據總線標準：芯片對芯片、相機接收器、相機發射器、數字視覺接口(DVI)接收接口、發送接口和串行千兆媒體獨立接口(SGMII)；

產品說明書

SelectIO接口提供了源代碼HDL，包括輸入、輸出或雙向總線I/O電路，緩沖區，任何所需的延遲元件，ISERDES和OSERDES、寄存器和I/O時鐘驅動的實現。電路設計包含兩個主要組件：時鐘緩沖和處理，以及數據路徑。

SelectIO內部框圖

時鐘緩沖和處理

SelectIO向導支持對時鐘I/O邏輯使用BUFG或BUFIO2。一個帶有BUFIO2原語的輸入數據如下圖所示。可以為輸入時鐘添加插入延遲。

I/O網絡時鐘連接

數據路徑

SelectIO向導幫助在I/O中實例化和配置組件互連。你可以選擇:

使用或繞過延遲功能。

通過使用輸入SERDES或輸出SERDES來使用串并轉換/并串轉換功能。

支持雙數據速率（DDR）數據。

為單速率數據使用I/O寄存器。

數據流細節

標準

該接口支持下列I/O標準。

單端信號:??HSTL_I, HSTL_II, HSTL_III, HSTL_I_18, HSTL_II_18, HSTL_III_18, HSTL_I_12, LVCMOS33, LVCMOS25, LVCMOS18, LVCMOS15, LVCMOS12, SSTL15SSTL18_I, SSTL18_II

差分信號:??DIFF HSTL I, DIFF HSTL I 18, DIFF HSTL II, DIFF HSTL II 18, DIFFSSTL15, DIFF SSTL18 I, DIFF SSTL18 II, LVDS25, TMDS_33, MINI_LVDS_25, PPDS_25，BLVDS_25、LVDS RSDS_25

SelectIO單端輸入輸出電平

SelectIO差分輸入輸出電平

更多關于Select IO邏輯資源的詳細介紹（比如LOGIC、DELAY、DELAYCTRL、SERDES等），請閱讀ug471_7Series_SelectIO.pdf

設計流程

本章描述了定制和生成核、約束核和的仿真、合成和實現步驟。

Data Bus Setup

Data Bus Setup界面

Interface Template

選擇向導支持SGMII, DVI接收器，DVI發射器，Camera link接收器數據總線格式，攝像頭連接發射器和芯片對芯片接口。SelectIO接口向導僅為上面提到的所有接口配置數據引腳。一般選擇Custom或者Chip to Chip來完成高速ADC、DAC芯片或者AD/DA芯片的時序設計。

Data Bus Direction

總線的方向可以選擇。選擇向導支持輸入，輸出，雙向和單獨的I/O總線。單獨的輸入和輸出選項創建獨立的輸入和輸出引腳。開發者根據所用芯片的引腳實際方向進行選擇。

Data Rate

如果數據在上升沿觸發時，請選擇SDR。如果上升沿與下降沿都觸發，選擇DDR。數據速率的選擇影響序列化因子限制。

Serialization Factor

如果選擇了序列化因子，將實例化ISERDESE2（串并轉換器）和/或OSERDESE2（并串轉換器）。所有數據由時間片，然后從右到左連接。例如，假設輸出數據總線是8位寬的，序列化因子為4。如果數據在引腳上顯示為:00，01、02、03時，呈現給設備的數據將為03020100。如果選擇了10或14的序列化因子，那么每個I/O將實例化兩個SERDES塊因為每個SERDES的最大序列化能力是8:1。當數據速率為SDR時，序列化因子的可能值為2-8。當數據速率為DDR時，序列化因子可設置為4、6、8、10或14。Bitslip對于網絡模式總是啟用功能。如果不是，則將此引腳綁定到邏輯0。

如果所用ADC/DAC芯片為串行數據輸入輸出，選擇序列化因子，可以方便的實現串并、并串數據之間的轉換。

串行數據時序

如果選擇了序列化因子，IP自動生成ISERDESE2或者OSERDESE2，IP引腳會多出Bitslip，其用來實現并行數據的邊界對齊。比如串行輸入的8bit的數據，經過ISERDESE2后，得到8bit的并行數據，但這并行數據可能存在前后8bit數據之間的錯位，也即無法正確判斷最高位、最低位， Bitslip就是用來找到并行數據的邊界。

下圖展示了Bitslip是如何確定并行數據的邊界：對于SDR模式，Bitslip使能1次，則數據會左移1次，對于8bit并行數據，移動8次完成一個循環，可以這樣無止境的循環。對于DDR模式，Bitslip工作方式不同，Bitslip使能1次，數據會右移1次或者左移3次，兩者交替進行，同樣移動8次完成一個循環。

不同模式Bitslip操作

External Data Width

芯片的并行輸入、輸出引腳的數目，比如：并行16位ADC芯片，數據寬度填寫16。

I/O Signaling

所有的I/O信號標準都顯示為所選擇的I/O信號類型。根據實際外部芯片ADC/DAC引腳的實際信號類型進行設置。

Input DDR Data Alignment

OPPOSITE_EDGE

上升沿觸發的數據通過輸出端Q1呈現，下降沿觸發的數據通過輸出端Q2呈現。

OPPOSITE_EDGE模式

SAME_EDGE

在時序圖中，同一時刻輸出對Q1和Q2不再是D0A和D1A，而是第一對呈現的是一對D0A和(不關心)，然后下一個時鐘輸出一對D2A和D1A。

SAME_EDGE模式

SAME_EDGE_PIPELINED

輸出對Q1和Q2在同一時刻輸出。

SAME_EDGE_PIPELINED模式

Clock Setup

Clock Setup界面

External Clock

如果在輸出數據路徑上設置了任何延遲，則將同樣的延遲分配給時鐘，使數據和時鐘保持同步。

Internal Clock

如果你的時鐘來自時鐘輸出模塊，你會想要選擇內部時鐘，但是需要確保實例化一個MMCM來驅動時鐘。

Clocking Signaling

您可以為輸入時鐘指定信令類型和標準。I / O信號標準將嵌入所提供的HDL源代碼。

Data And Clock Delay

Data And Clock Delay界面

Delay Type

FIXED

在固定延遲模式下，延遲值由屬性IDELAY_VALUE確定。一旦設置，該值不能為改變了。在此模式下使用時，必須實例化IDELAYCTRL原語。

VARIABLE

在可變延遲模式下，延遲值可以通過控制信號CE和INC配置。在此模式下使用，IDELAYCTRL原語必須實例化。

VARIABLE模式延時控制

VAR_LOAD

IDELAY tap可以通過5輸入位CNTVALUEIN[4:0]設置。當LD脈沖時，CNTVALUEIN[4:0]的值將是新值。作為這個功能的結果，IDELAY_VALUE屬性是忽略了。在此模式下使用時，必須實例化IDELAYCTRL原語。

VAR_LOAD模式延時控制

Include DELAYCTRL

只適用于固定/可變的延遲。如果選中，則包含IODELAYCTRL在設計中實例化。

Include Global Buffer

如果選中，則在設計中實例化BUFG。當未選擇包含DELAYCTRL時，沒有啟用BUFG以供選擇。

Enable DELAY High Performance

如果啟用，則設置IDELAY塊的HIGH_PERFORMANCE_MODE屬性為true，否則設置值為false。

審核編輯 ：李倩