Xilinx原语

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我是靠谱客的博主玩命啤酒，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Xilinx原语，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

	原语，即primitive。不同的厂商，原语不同；同一家的FPGA，不同型号的芯片，可以也不一样；原语类似最底层的描述方法。使用原语的好处，可以直接例化使用，不用定制IP；即可通过复制原语的语句，然后例化IP，就可使用；Xilinx是通过直接修改原语中的参数再例化IP来使用；Xilinx公司的原语分为10类，包括：计算组件，IO端口组件，寄存器/锁存器，时钟组件，处理器组件，移位寄存器，配置和检测组件，RAM/ROM组件，Slice/CLB组件，G-tranceiver。下图所示为UG799中对原语的分类列表。

在这里插入图片描述
项目中实际用到了串并转换，时钟BUFF，因此选择部分重点讲解，具体可以参考UG799和对于手册，如IO可以参考UG471。

1.串并转换 OSERDESE2

	OSERDES 7系列设备专用于并行串行转换器，具有特定的时钟和逻辑资源，旨在促进高速资源同步接口的实现。每个OSERDES模块都包含用于数据和三态控制的专用序列化器。可以采用单数据率（SDR）和双数据率（DDR）模式进行配置。数据串行化可以达到8：1（如果使用OSERDESWidthExpansion，则可以达到10：1或14：1）。3-state序列器可以达到4：1。
	具体实现10bit转串行数据：

在这里插入图片描述
在Language Templates ----->Verilog里面可以搜索对应原语；

//  OSERDESE2  : In order to incorporate this function into the design,
//   Verilog   : the following instance declaration needs to be placed
//  instance   : in the body of the design code.  The instance name
// declaration : (OSERDESE2_inst) and/or the port declarations within the
//    code     : parenthesis may be changed to properly reference and
//             : connect this function to the design.  All inputs
//             : and outputs must be connected.

//  <-----Cut code below this line---->

   // OSERDESE2: Output SERial/DESerializer with bitslip
   //            Artix-7
   // Xilinx HDL Language Template, version 2017.4

   wire  [1:0]   shift_data;

   OSERDESE2 #(
      .DATA_RATE_OQ("DDR"),   // DDR, SDR    The DATA_RATE_OQ attribute defnes whetherdataisprocessedassingle datarate(SDR)ordoubledatarate (DDR).其中SDR是只上升沿采样或下降沿采样，DDR只上升沿和下降沿同时采样；
      .DATA_RATE_TQ("DDR"),   // DDR, BUF, SDR------------同理控制三态的
      .DATA_WIDTH  (4    ),         // Parallel data width (2-8,10,14)
      .INIT_OQ(1'b0),         // Initial value of OQ output (1'b0,1'b1)，给0 给1其实都可以
      .INIT_TQ(1'b0),         // Initial value of TQ output (1'b0,1'b1)
      .SERDES_MODE("MASTER"), // MASTER, SLAVE
      .SRVAL_OQ(1'b0),        // OQ output value when SR is used (1'b0,1'b1)  ---SR:复位
      .SRVAL_TQ(1'b0),        // TQ output value when SR is used (1'b0,1'b1)
      .TBYTE_CTL("FALSE"),    // Enable tristate byte operation (FALSE, TRUE)
      .TBYTE_SRC("FALSE"),    // Tristate byte source (FALSE, TRUE)
      .TRISTATE_WIDTH(1)      // 3-state converter width (1,4)，该数据必须查手册，不同位宽和采样模式对应数据不一样
   )
   OSERDESE2_inst1 (
      .OFB(      ),             // 1-bit output: Feedback path for data，返回的数据，不使用时可以留空
      .OQ(OQ),               // 1-bit output: Data path output，输出的串行数据
      // SHIFTOUT1 / SHIFTOUT2: 1-bit (each) output: Data output expansion (1-bit each)，输出类型未使用时可以空着
      .SHIFTOUT1(        ),
      .SHIFTOUT2(        ),
      .TBYTEOUT(         ),   // 1-bit output: Byte group tristate,三态的可空着
      .TFB(TFB),             // 1-bit output: 3-state control
      .TQ(TQ),               // 1-bit output: 3-state control
      .CLK(sys_clk_5x),             // 1-bit input: High speed clock
      .CLKDIV(sys_clk_1x),       // 1-bit input: Divided clock
      // D1 - D8: 1-bit (each) input: Parallel data inputs (1-bit each)
      .D1(Data_in[0]),
      .D2(Data_in[1]),
      .D3(Data_in[2]),
      .D4(Data_in[3]),
      .D5(Data_in[4]),
      .D6(Data_in[5]),
      .D7(Data_in[6]),
      .D8(Data_in[7]),
      .OCE(1'b1),             // 1-bit input: Output data clock enable，输出时钟使能，始终让他为1即可
      .RST(sys_rst),             // 1-bit input: Reset
      // SHIFTIN1 / SHIFTIN2: 1-bit (each) input: Data input expansion (1-bit each)
      .SHIFTIN1(shift_data[0]),
      .SHIFTIN2(shift_data[1]),
      // T1 - T4: 1-bit (each) input: Parallel 3-state inputs,三态输入端，没有用到统一填0
      .T1(0),
      .T2(0),
      .T3(0),
      .T4(0),
      .TBYTEIN(0),     // 1-bit input: Byte group tristate
      .TCE(0)              // 1-bit input: 3-state clock enable
   );

   // End of OSERDESE2_inst instantiation

下图描述TRISTATE_WIDTH的选取：
在这里插入图片描述
与10bit并转串代码段中还应添加OSERDESE2_inst2，与此类似稍作修改即可，不再赘述。

2. 单端信号转差分信号：OBUFDS

  如果直接用下面的逻辑生成则会出现p端逻辑和n端逻辑差一个反相器，路径延时不一致，指示差分结果出错；

assign diff_data_p = data_ser;
assign diff_data_n = ~data_ser;

同样可以使用原语：OBUFDS

   OBUFDS #(
      .IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the output I/O standard
      .SLEW("SLOW")           // Specify the output slew rate
   ) OBUFDS_inst (
      .O(O),     // Diff_p output (connect directly to top-level port)
      .OB(OB),   // Diff_n output (connect directly to top-level port)
      .I(I)      // Buffer input 
   );

3. IBUFG和IBUFGDS（IO）

   IBUFG即输入全局缓冲，是与专用全局时钟输入管脚相连接的首级全局缓冲。所有从全局时钟管脚输入的信号必须经过IBUF元，否则在布局布线时会报错。 IBUFG支持AGP、CTT、GTL、GTLP、HSTL、LVCMOS、LVDCI、LVDS、LVPECL、LVTTL、PCI、PCIX和 SSTL等多种格式的IO标准。
   IBUFGDS是IBUFG的差分形式，当信号从一对差分全局时钟管脚输入时，必须使用IBUFGDS作为全局时钟输入缓冲。IBUFG支持BLVDS、LDT、LVDSEXT、LVDS、LVPECL和ULVDS等多种格式的IO标准。

举例说明：差分时钟芯片输入的100MHz时钟，作为FPGA的全局时钟。

IBUFGDS #(
            .DIFF_TERM    ("TRUE" ),
            .IBUF_LOW_PWR ("FALSE")
        ) u_ibufg_clk_100 (
            .I  (FP_CLK_100M_P),
            .IB (FP_CLK_100M_N),
            .O  (clk_100m     )
        );