使用Idelay對接收端時序進(jìn)行補(bǔ)救

在高速信號采集的過程中，經(jīng)常會因為電路設(shè)計或者其他原因，原本設(shè)計好對應(yīng)的data_clk與data經(jīng)過線路傳輸之后在接收端時序上不能很好的對應(yīng)，這可能會造成采樣數(shù)據(jù)的錯位。

如果用了各種物理電路上的辦法都沒法解決后，可以嘗試使用Idelay（針對Xilinx，Altera應(yīng)該也有相應(yīng)的原語）。

Xilinx每個系列可能Idelay的名字會有一些差異，但差異不大，在K7系列下，Idelay的原語叫做Idelay2。

Idelay2原語示例：

(* IODELAY_GROUP = "RX_FRAME" *) // Specifies group name for associated IDELAYs/ODELAYs and IDELAYCTRL
IDELAYE2 #(
.CINVCTRL_SEL("FALSE"), // Enable dynamic clock inversion (FALSE, TRUE)
.DELAY_SRC("DATAIN"), // Delay input (IDATAIN, DATAIN)
.HIGH_PERFORMANCE_MODE("FALSE"), // Reduced jitter ("TRUE"), Reduced power ("FALSE")
.IDELAY_TYPE("VAR_LOAD"), // FIXED, VARIABLE, VAR_LOAD, VAR_LOAD_PIPE
.IDELAY_VALUE(INIT_VALUE), // Input delay tap setting (0-31)
.PIPE_SEL("FALSE"), // Select pipelined mode, FALSE, TRUE
.REFCLK_FREQUENCY(200.0), // IDELAYCTRL clock input frequency in MHz (190.0-210.0, 290.0-310.0).
.SIGNAL_PATTERN("DATA") // DATA, CLOCK input signal
)
IDELAYE2_inst (
.CNTVALUEOUT(cnt_value), // 5-bit output: Counter value output
.DATAOUT(rx_frame_dly), // 1-bit output: Delayed data output
.C(sys_clk), // 1-bit input: Clock input
.CE(1'b0), // 1-bit input: Active high enable increment/decrement input
.CINVCTRL(1'b0), // 1-bit input: Dynamic clock inversion input
.CNTVALUEIN(tap_value), // 5-bit input: Counter value input
.DATAIN(rx_frame), // 1-bit input: Internal delay data input
.IDATAIN(1'b0), // 1-bit input: Data input from the I/O
.INC(1'b0), // 1-bit input: Increment / Decrement tap delay input
.LD(1'b1), // 1-bit input: Load IDELAY_VALUE input
.LDPIPEEN(1'b0), // 1-bit input: Enable PIPELINE register to load data input
.REGRST(1'b0) // 1-bit input: Active-high reset tap-delay input
);

針對其中經(jīng)常用到的變量，功能如下：

DELAY_SRC常量，這個常量可以選DATAIN或IDATAIN，區(qū)別在于IDATAIN的數(shù)據(jù)輸入要求經(jīng)過BUF產(chǎn)生，常用于BUF的輸出信號，Input端口信號；DATAIN只要求FPGA內(nèi)部邏輯產(chǎn)生的信號就可以。

IDELAY_TYPE，設(shè)置IDELAY2的模式；FIXED代表延時值固定，一般用在確定好參數(shù)后使用，VARIBLE，VAR_LOAD，VAR_LOAD_PIPE都是動態(tài)改變延時值，VARIBLE可以自動增大減小，后兩個是根據(jù)CINVALUEIN端口動態(tài)改變延時值，一般選用VAR_LOAD。

IDELAY_VALUE，是初始化的值，在FIXED模式下，就是固定的延時值

REFCLK_FREQUENCY,指的Idelay的參考時鐘的頻率，一般選用200M，這個后面會具體講。

SIGNAL_PATTERN，這個有DATA和CLOCK兩個選項，影響Vivado對信號時序分析的路徑。

端口中，

CNTVALUEIN是設(shè)置延時值，用于手動調(diào)試；

CNTVALUEOUT輸出當(dāng)前延時值，便于調(diào)試觀測；

C是數(shù)據(jù)時鐘，但CE不是時鐘使能，而是延時值tap自動增加減少使能，所以我選擇拉低；

CINVCTRL，INC，LDPIPEEIN，REGRST不怎么用，全拉低；

在上面的DELAY_SRC選擇了哪一個，就在對應(yīng)的數(shù)據(jù)端口連接數(shù)據(jù)，另一個數(shù)據(jù)端口拉低，比如DELAY_SRC設(shè)定為"DATAIN",選擇DATAIN端口輸入數(shù)據(jù)，IDATAIN端口拉低；

因為需要手動調(diào)節(jié)延時值，所以LD拉高，只有LD拉高才能動態(tài)載入CNTVALUEIN的延時值

前面說到參考時鐘，Idelay之所以延時，CINVALUEIN對應(yīng)的延時值多少就跟這個地方有關(guān)系了，參考時鐘不是隨便設(shè)的，這跟另一個原語IDELAYCTRL有關(guān)：

(* IODELAY_GROUP = "RX_FRAME" *) // Specifies group name for associated IDELAYs/ODELAYs and IDELAYCTRL
IDELAYCTRL IDELAYCTRL_inst (
.RDY(idelay_rdy), // 1-bit output: Ready output
.REFCLK(ref_clk), // 1-bit input: Reference clock input
.RST(rst) // 1-bit input: Active high reset input
);

這個原語端口很少，連接對應(yīng)200M的參考時鐘，復(fù)位信號，輸出一個ready信號；

看起來這個原語并沒有什么有用的輸出；但其實它的作用是給Idelay2提供了延時的依據(jù)；之所以可以精確延時并不是說我們在REFCLK_FREQUENCY填一個200就可以了，而是這個IDELAYCTRL 的作用，通過(* IODELAY_GROUP = "RX_FRAME" *)將IDELAYCTRL 和Idelay2連接起來，"RX_FRAME"類似于組名，可以隨意改，同一組的組名要一樣。

200MHz 對應(yīng)1個時鐘周期5ns，Idelay將其分為64tap，每個tap延時值大概是78ps，Idelay可調(diào)的最大tap為31，也就是延時值控制在0-31tap；

同樣，為了減小相同參考時鐘下Idelay2與IDELAYCTRL 的FPGA內(nèi)部走線延時，必須使用IODELAY_GROUP將它們綁定在一起，使用方法參考上面的做法。

注意，IDELAYCTRL 的REFCLK輸入時鐘一定要經(jīng)過BUFG輸出再接入。

效果：

沒加Idelay

沒有加Idelay，并串轉(zhuǎn)換中找不到幀頭

加入Idelay

加了Idelay，找到幀頭

總結(jié)：

使用方法都在上面，對于多bit信號可以使用generate for 生成塊。

調(diào)試這個的時候遇到過一個問題，C端口沒有連接到正常的時鐘，連接到一個根本沒有定義的信號，Vivado做好事不留名的直接幫我拉低到地，導(dǎo)致我在VAR_LOAD模式下一直無法正常改變延時值，CNTVALUEOUT與CINVALUEIN不正確，最后打開Schematic看RTL圖才找到問題。

這一系列都是Xilinx中SelectIO的內(nèi)容，包括I/ODDR，I/OBUFDS，下一篇就會講到ISERDES，并串轉(zhuǎn)換的一種用法，Idelay經(jīng)常與ISERDES一同出現(xiàn)，解決高速串行通信上的問題。



審核編輯：劉清