動(dòng)態(tài)時(shí)鐘的使用

時(shí)鐘是每個(gè) FPGA 設(shè)計(jì)的核心。如果我們正確地設(shè)計(jì)時(shí)鐘架構(gòu)、沒(méi)有 CDC 問(wèn)題并正確進(jìn)行約束設(shè)計(jì)，就可以減少與工具斗爭(zhēng)的時(shí)間。

但對(duì)于某些應(yīng)用，我們希望能夠更改某些IP中的時(shí)鐘頻率。其中一個(gè)例子是在圖像處理管道中，輸出分辨率可以動(dòng)態(tài)變化，從而需要改變像素時(shí)鐘。

眾所周知，我們可以在 Zynq SoC 和 Zynq MPSoC 中使用結(jié)構(gòu)時(shí)鐘并在運(yùn)行時(shí)更改結(jié)構(gòu)時(shí)鐘的頻率。但是，如果我們?cè)?Zynq 或 ZYNQ MPSoC 中使用 FPGA 或 PL，我們?nèi)匀豢梢允褂脛?dòng)態(tài)配置的時(shí)鐘向?qū)г谶\(yùn)行時(shí)更改頻率。

動(dòng)態(tài)配置時(shí)鐘允許我們使用 AXI 接口在運(yùn)行時(shí)更改時(shí)鐘頻率。

為了創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，我們將實(shí)例化PS并將動(dòng)態(tài)配置時(shí)鐘IP連接到主 AXI 接口。我們將輸出時(shí)鐘連接到 IO 引腳，以便我們可以對(duì)其進(jìn)行觀察并查看頻率的變化。

上面的時(shí)鐘是我們打算使用的最大頻率，這樣可以確保時(shí)序約束和時(shí)序性能正確。下圖是我們這次demo的最終設(shè)計(jì)。

接下來(lái)我們將在 Vitis 中開(kāi)發(fā)軟件，并且將在設(shè)計(jì)中的 IP 下看到相關(guān)驅(qū)動(dòng)及文檔。

開(kāi)發(fā)這個(gè)IP的驅(qū)動(dòng)和其他 AXI Lite 接口一樣，需要對(duì)IP寄存器空間進(jìn)行寫入和讀取。

要更改時(shí)鐘頻率輸出，我們有兩種選擇。如果只生成一個(gè)時(shí)鐘，我們可以使用名為 SetRate 的函數(shù)。該函數(shù)將通過(guò)AXI Lite總線傳遞到IP中，IP會(huì)給出我們所需的頻率輸出，并計(jì)算必要的分頻器、乘法器和相位參數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的輸出頻率。

然而，如果我們有多個(gè)時(shí)鐘，那么我們需要分別計(jì)算這些寄存器的值并單獨(dú)更新時(shí)鐘寄存器（每個(gè)時(shí)鐘有兩個(gè)寄存器）。

這里有個(gè)注意點(diǎn)就是在進(jìn)行時(shí)鐘更改前最好等待IP鎖定到之前的頻率后再進(jìn)行新操作。

更改頻率的代碼還是比較簡(jiǎn)單的，如下：

#include
#include"platform.h"
#include"xil_printf.h"

#include"xclk_wiz.h"

XClk_WizClkWiz_Dynamic;
XClk_Wiz_Config*CfgPtr_Dynamic;

#defineXCLK_WIZARD_DEVICE_IDXPAR_CLK_WIZ_0_DEVICE_ID
#defineXCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET0x0000025C
#defineCLK_LOCK1

intmain()
{
init_platform();
intStatus;
print("HelloWorld

");

CfgPtr_Dynamic=XClk_Wiz_LookupConfig(XCLK_WIZARD_DEVICE_ID);
XClk_Wiz_CfgInitialize(&ClkWiz_Dynamic,CfgPtr_Dynamic,
CfgPtr_Dynamic->BaseAddr);

while(1){
XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr,
XCLK_WIZ_REG25_OFFSET,0);
XClk_Wiz_SetRate(&ClkWiz_Dynamic,10);
XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr,
XCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET,
(XCLK_WIZ_RECONFIG_LOAD|
XCLK_WIZ_RECONFIG_SADDR));
Status=XClk_Wiz_WaitForLock(&ClkWiz_Dynamic);
usleep(10000000);
XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr,
XCLK_WIZ_REG25_OFFSET,0);
XClk_Wiz_SetRate(&ClkWiz_Dynamic,14);
XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr,
XCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET,
(XCLK_WIZ_RECONFIG_LOAD|
XCLK_WIZ_RECONFIG_SADDR));
Status=XClk_Wiz_WaitForLock(&ClkWiz_Dynamic);
usleep(10000000);
}
cleanup_platform();
return0;
}

當(dāng)然，我們也可以使用類似的方法，通過(guò)將時(shí)鐘頻率降低來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功耗模式下 FPGA 的功耗，從而實(shí)現(xiàn)降低功耗的功能。

審核編輯：劉清