FPGA項目開發(fā)之 7 系列 FPGA IDELAY2 / ODELAY2

IO 靈活性是FPGA 最大的優(yōu)點之一。如果我們設(shè)計的 PCB 信號走線不完美，IO的靈活性使我們能夠?qū)R進入設(shè)備的高速數(shù)據(jù)，幫助我們擺脫困境。

設(shè)備 IO 結(jié)構(gòu)中一個經(jīng)常被忽視的功能是 IDELAY2 和 ODELAY2 原語。這些原語為開發(fā)人員提供了一個由 32 個抽頭組成的可編程延遲線，可提供可調(diào)節(jié)或固定的延遲。

實際可用的原語取決于我們正在使用的 IO bank 的類型。High Performance IO (HP IO) 為用戶提供 IDELAY2 和 ODELAY2 原語，而 High-Range IO (HR IO) 僅提供 IDELAY2 原語。

我們可以同時使用 IDELAY 和 ODELAY 來消除信號之間的小延遲。抽頭之間的分辨率取決于FPGA的時鐘頻率和速度等級，7 系列 AC/DC 數(shù)據(jù)表如下所示：

當我們提供 200 MHz 參考時鐘時，每個抽頭增量都會將延遲增加 78 ps。這意味著總延遲約為 2.469 ns。

IDELAY 和 ODELAY 原語可以在四種模式下運行：

FIXED——延遲在此模式下是固定的，不能在運行時更改。

VARIABLE – 這是一個可變延遲，其中抽頭值可以使用簡單的界面增加或減少。

VAR_LOAD – 與變量模式類似，可以通過輸入向量設(shè)置抽頭延遲。

VAR_LOAD_PIPE – 這與 VAR_LOAD 類似，但是可以流水線化未來的延遲。

IDELAY2 模塊能夠延遲來自邏輯結(jié)構(gòu)或 IO 輸入的信號。

現(xiàn)在讓我們看下如何在應用程序中實現(xiàn) IDELAY 功能，并創(chuàng)建一個不同模式下的實例。

要開始使用 IDELY 或 ODELAY，我們需要實現(xiàn)一個 IDELAYCNTRL 模塊。該模塊不斷校準其區(qū)域內(nèi)的各個延遲抽頭。該模塊非常簡單，需要參考時鐘和復位，RDY 輸出低時表示 IDELAYCNTRL 模塊需要復位。

這些可以使用 Vivado 文本編輯器中提供的語言模板來實例化我們需要的模塊。

我們也可以使用相同的語言模板來實例化 IDELAYCNTRL2。我們將要演示的設(shè)計將使用一個 IDELAYCNTRL 和兩個 IDELAY2 原語。這就能測試不同配置 IDELAY2 時信號延遲之間的差異。

兩個 IDELAY2 原語都將以 VAR_LOAD 模式運行。允許使用 CNTVALUEIN 和簡單的 CE 和 INC 信號接口調(diào)整抽頭延遲。

測試平臺將執(zhí)行以下步驟：

重置 IDELAYCNTRL。

將兩個輸入信號 IDELAY2 設(shè)置為 0 延遲。

設(shè)置兩個 IDELAY 延遲 2，將兩個信號。

將第二個 IDELAY2 延遲增加 1 ，同時將第一個 IDELAY 保留為 2。

將第二個 IDELAY2 減 1 ，讓兩者具有相同的延遲。

將第二個 IDELAY2 設(shè)置為具有 31 的最大可能延遲。

可以在下面看到整體仿真延遲比較小，無法看到該級別延遲的影響。然而，隨著仿真執(zhí)行不同的測試，我們將看到控制信號和抽頭值發(fā)生變化。

測試一的波形如下所示。盡管沒有計算延遲，但輸入信號和輸出信號之間存在大約 60 ps 的延遲。

當延遲設(shè)置為 2 時，延遲為 756 ns，即 156 ps（兩個 78 ps 的抽頭延遲）加上原來的 0.6 ns 延遲。

第三個測試顯示信號一和信號二之間有 78 ps 的延遲。對應于接頭設(shè)置的差異，這也顯示在計數(shù)值輸出信號上。

第四個測試將兩個信號路徑設(shè)置為具有相同的延遲。測試三和四演示了簡單的遞增和遞減接口是如何工作的。我們啟用 IDELAY2，并根據(jù) INC 的狀態(tài)，增加或減少抽頭延遲。如果 INC 設(shè)置為與 CE 一致，則增加抽頭延遲，否則減少抽頭延遲。

最后的測試將第二個信號路徑設(shè)置為最大延遲。在這里可以看到信號 2 延遲了 3.018 ns。這是2.469 ns 的抽頭延遲加上原來的 0.6 ns。

IDELAY 在我們的工具箱中是一個非常有用的工具，它提供了對 FPGA 中的輸入信號進行細粒度對齊的能力。