Xilinx DCM IP Core研究及使用方法

         —CrazyBingo

         —20140506

信誓旦旦的，三下五除二，凭借Altera FPGA的丰富经验，一晚上搞定了Xilinx FPGA的基本开发流程，并且搞定了按键、LED灯等的驱动。很哈皮。。。哈皮。。。

不过不要高兴得太早，好戏还没开始呢。。。这FPGA只用外部的50MHz晶振时钟，浑身都不自在。强大的时钟网络，怎么可以不用呢？？？于是乎，开始调用IP Core，拿来主义，搞定PLL即可。。。

但是事实上，真没那么顺利。。。

首先搞不懂什么DCM、PLL之类的东西。。。。虽然这不是问题的重点。。。其次，各种警告让我崩溃，摸不着头脑。。。一鼓作气，看Sparatan的用户手册，了解到XC6S1X16有2个CMT。

而每个CMT 包括2个DCM和PLL。DCM为数字时钟管理器，而PLL为模拟锁相环。Altera的FPGA只有PLL，因此对这个太熟悉了。。而DCM为Xilinx的数字时钟管理器，能输出DCM =          CLK0 + CLK90 + CLK180 + CLK270 +CLK2X + CLK2X180 + CLKDV + CLKFX + CLKFX180这9中不同的时钟。但是不知怎么的。。。我竟然出问题了。。。不过一开始没搞清楚，很激动的定制了clock_wizard这个ipcore，如下图所示：

由于在Altera FPGA设计中，鄙人已经有了完整的时钟管理架构，因此直接移植sys_ctrl_pll模块，该模块在Quartus II中的RTL图如下所示：

即系统首先经过一段时间的延时（由于刚上电期间，外设、IC等不稳定），在这段时间延时后，开启PLL，等到PLL所想输出信号。当PLL输出锁相完成信号后，此时将外部输入的复位信号同步处理后的结果，通过与运算，输出最终的结果。该理论经过无数次理论与实际的验证，因此果断直接移植啊。。。。

由于一开始没搞清楚状况，莫名其妙的我定制的为DCM，而不是PLL。不过结果与Altera的PLL，完全一样，因此直接例化了，如下所示：

//-----------------------------------
//system pll module
wire pll_rst = 1'b0;
wire locked;
wire     clk_out1;
sys_dcm  u_sys_pll
(
         .CLK_IN1                    (clk),
         .RESET                        (pll_rst),
         .LOCKED                     (locked),
         .CLK_OUT1                (clk_c0)
); 

结果蛋疼的，在编译的时候出现错误，如下所示：

询问+查看sys_dcm的时候，发现模块中，软件自动添加了输入Buffer与输出Buffer，据说是为了提高信号的驱动能力（但实际上我也不是很清楚），如下所示（输出也有一个Buffer）：

根据警告，可以直接将clkin1_buf删除，或者在定制Ipcore的时候，的确有一个选项，用以选择输入时钟是否需要Buffer，如下所示。

直接修改sys_dcm模块，或者通过ipcore修改后的结果如下所示。但这修改的只是源端时钟，而非终端。。终端依然有Buffer存在。。。

这样就不会有这个警告了。。同时流水灯跑的欢快。。。不过默认有Buufer，应该也有他的道理吧。。。仔细分析原因，源于我将输入的clk给DCM的同时，也给system_delay模块进行延时了。而DCM模块中有一个buffer，因此该时钟信号给模块1的同时，又通过buffer给模块2.。。至于这样为什么不行，摸不着头脑。。。但貌似我这样设计，的确有不合理的地方。。。

于是修改鄙人的sys_pll_ctrl模块，将system_delay模块的时钟换成clk_c0，即DCM输出的时钟，此时万事OK了，不管是否添加Buffer。。。貌似“科学了”。。。更仔细的分析sys_dcm模块，部分原语言如下所示：

         正如Spararan DS160手册所说的那样，DCM输出9路时钟，分别为相位、2倍频、2分频、以及小数分频的时钟，手册说的如下：

备注：关于CLKDV的定义，不是看的很懂。。。求指点……

对于一个对代码的移植优化有强迫症的人，即便不用Xilinx原语来操作，也无法承受每次都要重复的定制IPCORE。。。。果断删除了sys_dcm.xco、sys_dcm.xise，如下所示：

此时添加sys_dcm文件，如下所示。。。（操作与Altera Quartus II完全一样）

打开sys_dcm，分析相关参数。由于前面已经研究完毕了DCM的9条时钟线，极其意义。。这些都变得轻松愉快了。。。这里左图为原始生成的2倍频（100MHz）的DCM原语描述，右图为笔者8倍频生成的400MHz时钟的原语描述，分别如下所示：

（1）       从左图可见，2分频为FALSE，相位移动为NONE，因此乘除因子都不用管。。。。同时时钟从CLK2X输出，可见输出时钟为CLKIN*2，且无相位差。。。

（2）       从右图可见，鄙人添加了clkfx并且CLKFX输出，将CLKFX_MULTIPLY改成8，因此最终频率理论上为400MHz。当然此时由于从clkfx输出，在最后的输出Buffer中需要做修改，如下：

此时，8个LED的流水灯，在极其快的速度下，努力的奔跑，亮瞎你的狗眼。。。。。哈哈 。。。搞定。。此时，，可以脱离残酷的IPCORE GUI的崩溃速度了。。。。既然我们还没有直接写原语那么牛逼。。但至少。。我们可以一劳而永逸了。。。。

不过又出现了一个疑问：关于CLKFB，手册说With CLK0 Connect to CLKFB、、、但实际上我修改CLK0 = CLKFB后，即便CLKFB = CLK2X，也没出问题。。。。。求大神解释。。。

总结：就目前了解，DCM跟PLL相比，时钟与相位的生成比较欠缺。。但是方便。。。。2个CMT= 2个DCM + PLL， 的确够用了。。。。