Xilinx FPGA用户原语介绍

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。

 

项目中主要用到的原语与IO端口有关，所以基本在Input/Output Functions 和IO两类中。下面着重介绍实际中所用到的几个原语，芯片A7系列。

1. IBUF和IBUFDS（IO）
IBUF是输入缓存，一般vivado会自动给输入信号加上，IBUFDS是IBUF的差分形式，支持低压差分信号（如LVCMOS、LVDS等）。在IBUFDS中，一个电平接口用两个独特的电平接口（I和IB）表示。一个可以认为是主信号，另一个可以认为是从信号。主信号和从信号是同一个逻辑信号，但是相位相反。

 

举例说明：

LVDS_25的差分输入的ADC数据。

IBUFDS #( // 差分输入原语，用于LVDS_25端口
.DIFF_TERM("TRUE"),
.IOSTANDARD("LVDS_25")
) IBUFDS_ADC01 (
.O(ADC01_D[i]),
.I(ADC01_P_D[i]),
.IB(ADC01_N_D[i])
);

2. IDDR（Input/Output Functions）
被设计用来接收DDR数据，避免额外的时序复杂性。

 

举例说明：

差分数据源经过差分转单端后，生产ADC01_D，在同步时钟ADC01_DCO的驱动下，产生DDR数据adc01_a_d和adc01_b_d。
IDDR #(
.DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE_PIPELINED"),
.INIT_Q1(1'b0),
.INIT_Q2(1'b0),
.SRTYPE("SYNC")
) IDDR_ADC01_D (
.Q1(adc01_a_d),
.Q2(adc01_b_d),
.C(ADC01_DCO),
.CE(1'b1),
.D(ADC01_D),
.R(1'b0),
.S(1'b0)
);

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 )
);