Xilinx Notes(8)

2020-04-14 02:42

1.1.3 Clock Buffers, Management, and Routing

下图表述了7系列器件的时钟架构。

垂直的时钟中心线(clock backbone)将器件分为左右两部分,水平的中心线将器件分为上下两部分。Clock backbone中的资源以镜像的方式分布在水平相邻的区域。上下部分将全局时钟缓冲器(BUFG)也分为两部分,这些BUFG的连接有所限制。BUFG不属于任何时钟域。所有的水平时钟资源分布在时钟域的水平时钟行内(HROW),垂直的非局部时钟资源分布在clock backbone或CMT backbone中。

水平的中心线将器件分为TOP和BOTTOM,而TOP的MMCM的输出不能驱动BOTTOM的BUFG,BOTTOM的MMCM不能驱动TOP的BUFG。backbone将器件分为left column和right column,每个Bank(clock region)有12路时钟连接至CLK HROW MUX,通过CLK HROW MUX进行路由。

32个BUFG CTRL大致集中位于垂直中心线的中间,BUFHCE分散位于左右相邻的clock region之间。

一个时钟域总是包含50个CLB/column,10个36K block RAMs/column,20个DSP

slices/column,以及12个BUFH。一个时钟域可能还包括一个CMT(PLL/MMCM)、一个50 I/O

的bank、一个GT quad(包含4个GT)和半个用于PCIe的列。

下图是一个时钟域的顶层图。全局时钟缓冲器(BUFG)可以通过HROW驱动整个时钟

区域。水平时钟缓冲器(BUFH)可以通过HROW驱动该区域。BUFG和BUFH共享HROW的布线资源。BUFIO和BUFR位于I/O bank内部。BUFIO仅能驱动I/O时钟资源,BUFR可以驱动I/O时钟资源和逻辑资源。BUFMR可以实现多时钟域BUFIO和BUFR的级联。Clock-capable input可以将外部时钟连接到器件的时钟资源。特定的资源可以通过CMT backbone连接到上方或下方区域。

下图是单个时钟域的详细示例,该时钟域位于器件的右边(图左侧是clock backbone,

将器件分为左右两部分)。

上图中,每个时钟域支持4个BUFIO和4个BUFR。注意MRCC管脚(MRCC指multi-regional

clock capable pin)可以连接到BUFMR,但是SRCC管脚(SRCC指single regional clock capable pin)不能连接到BUFMR。

下图给出了一个时钟域中BUFG、局部BUFH/CMT/CC的连接资源。

上图中,任何4个CC(clock capable)pin可以驱动CMT中的PLL或MMCM。BUFG和

BUFH共享HROW中的12条布线资源。如前文所述,BUFG可通过BUFH路由。一个GT块有10条专用路径用于驱动CMT和clock backbone中的时钟缓冲器。I/O bank中的BUFR有4条路径驱动逻辑、CMT和BUFG。CMT可以通过CMT backbone驱动相邻的区域(有限制)。CC管脚也可以驱动相邻的区域(有限制)。CC管脚可驱动任何一个BUFG,该BUFG必须和该CC管脚同在top或bottom。CMT backbone中有4条路径驱动垂直的区域。

来源于一个区域的时钟源可以驱动其所在区域,以及与其平行的相邻区域。CMT、CC pins

和GT可以通过BUFH驱动水平相邻的区域,也可以连接至BUFG(必须和该BUFG同top或bottom)。

FPGA逻辑可以驱动BUFG和BUFH的使能管脚(CE pin)。逻辑也可以驱动BUFG和BUFH,

但是其时序将变得不可预料(慎用)。

GT块可以驱动BUFMR。

MMCM[3:0]有专用的高性能差分路径连接至BUFR和BUFIO。该特性成为高性能时钟

(high-performance clock-HPC)。

7系列器件至少有一个完成的I/O列位于器件的左边沿(该左右是指内部资源,不是实

际外观的左右)。

2. Clock Routing Resources

2.1 Clock Buffer Selection Considerations

BUFGCTRL是最常用的时钟路由资源(最常见的形式是BUFG)。BUFG可驱动整个器件,

但是部分高性能的应用应该使用局部资源。

BUFR和BUFIO的最主要用途是源同步接口。如果源同步接口位宽超出1个bank的限制,

可以通过BUFMR扩展。BUFR是唯一可以进行分频的BUF,可进行1到8分频。

BUFMRCE、BUFGCE、BUFHCE可以通过CE管脚控制使能,达到降低功耗的目的。 Horizontal Clock Buffer称为BUFH。BUFH为局部时钟资源,不能连接上下时钟域(clock

region),但是可以连接水平相邻的两个时钟域。时钟域的划分可以在Vivado的Device界面中查看。整个7系列器件分为两个column(左和右),左侧与右侧称为水平相邻的bank,如X0Y6和X1Y6,X0Y1和X1Y1。同一column中,上下相邻的bank可以通过BUFMR驱动,如X1Y1-X1Y2、X1Y3-X1Y4-X1Y5等等。Device界面中的一个region对应的bank可以在“Package”界面查看。

以下是BUFH的一些应用规则。 ? BUFH可以驱动水平相邻的Bank。 ? BUFH可以作为MMCM/PLL的反馈。

? 当接口和逻辑可以集中在一个时钟域或两个水平相邻的时钟域时,BUFH是更好的

选择。

? BUFH具有CE管脚,用于降功耗控制。

? BUFH可以用于同一时钟域的时钟单元同步启动。

2.2 Clock-Capable Inputs

每个I/O Bank对应一个时钟域,该时钟域包括50个I/O。

单端输入时钟必须分配到CCIO的P端口,此时N端口不能作为时钟输入端口,但是可

以作为普通I/O。SRCC可驱动单个时钟域、全局时钟树和三个CMT。SRCC可以驱动:


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