XILINX FPGA IP之Clocking Wizard详解

锁相环基本上是每一个fpga工程必不可少的模块，之前文档xilinx 7 系列FPGA时钟资源对xilinx fpga的底层时钟资源做过说明，但是对于fpga的应用来说，使用Clocking Wizard IP时十分方便的。

Clocking Wizard IP：简化时钟设计代码的开发，用户不用了解FPGA的底层结构，时钟源源语，ip使用图形化界面，根据用户设置选择合适的源语及参数。

它的主要特性包括：

1、支持MMCM及PLL；

2、安全时钟启动功能在输出端提供稳定有效的时钟，顺序启动功能提供了序列输出时钟；也就是说ip能够根据设置，保证时钟稳定后才会输出，同时多个时钟间的输出顺序也可以设置；

3、最大能力支持2个输入，7个输出；

4、提供了一个AXI4-Lite接口，用于动态地重新配置乘、除、相移/偏移或占空比，锁相环输出的时钟可以动态配置；

5、自动计算vco频率，乘法、除法因子；用户只用在IP中确定输入时钟及想要的输出时钟，ip会自动配置响应的vco频率及输出分频比。

ip设置的第一个界面如下，其中的主要参数为：

Clock Monitor：时钟监控

Frequency Synthesis ：频率综合

Minimize Power：最小功耗，牺牲性能

Phase Alignment：输出时钟相位锁定到输入参考上

Spread Spectrum：频谱扩展，降低干扰

Dynamic Reconfiguration：动态重配频率、占空比

Dynamic Phase Shift：动态调整输出时钟关系

Safe Clock Startup and Sequencing：用于稳定输出时钟及时钟序列

Balanced：IP自用优化带宽抖动

Minimize Output Jitter:可能会带来功耗增加及相位异常

Maximize Input Jitter filtering：会引起输出时钟抖动

然后就是两个输入时钟的设置。

第二个界面如下，对输出时钟进行配置：

第三个界面如下，显示根据用户配置生成的vco频率及端口。

第四个界面如下，这个界面是根据配置生成的乘法倍数及各个时钟的分频数据，这里是允许用户自己修改的。

最后就是总结界面了，如下图，是对用户最终设计的总结。

然后就生成了锁相环了，用户可以对其进行例化使用了：

//----------------------------------------------------------------------------
//  Output     Output      Phase    Duty Cycle   Pk-to-Pk     Phase
//   Clock     Freq (MHz)  (degrees)    (%)     Jitter (ps)  Error (ps)
//----------------------------------------------------------------------------
// clk_out1__300.00000______0.000______50.0_______94.862_____87.180
// clk_out2__100.00000______0.000______50.0______115.831_____87.180
// clk_out3__200.00000______0.000______50.0______102.086_____87.180
//
//----------------------------------------------------------------------------
// Input Clock   Freq (MHz)    Input Jitter (UI)
//----------------------------------------------------------------------------
// __primary_________100.000_____________0.01


// The following must be inserted into your Verilog file for this
// core to be instantiated. Change the instance name and port connections
// (in parentheses) to your own signal names.


//----------- Begin Cut here for INSTANTIATION Template ---// INST_TAG


  clk_wiz_0 instance_name
   (
    // Clock out ports
    .clk_out1(clk_out1),     // output clk_out1
    .clk_out2(clk_out2),     // output clk_out2
    .clk_out3(clk_out3),     // output clk_out3
    // Dynamic reconfiguration ports
    .daddr(daddr), // input [6:0] daddr
    .dclk(dclk), // input dclk
    .den(den), // input den
    .din(din), // input [15:0] din
    .dout(dout), // output [15:0] dout
    .drdy(drdy), // output drdy
    .dwe(dwe), // output dwe
    // Status and control signals
    .reset(reset), // input reset
    .locked(locked),       // output locked
   // Clock in ports
    .clk_in1(clk_in1)      // input clk_in1
);

最后说几点：

首先是MMCM及PLL的选择，每个CMT包含一个MMCM和一个PLL，他们的结构如下：

MMCM：

PLL：

MMCM和一个PLL的详细差别如下表，ip生成时可以根据需要进行选择。

二是关于安全启动模式，如下图，这种模式下只有时钟锁定后才会有是时钟输出，而且时钟输出会经过8bit的移位寄存器，移位寄存器设置不同的delay值，就控制了每个时钟的输出顺序。