時(shí)鐘就是脈搏，能否工作全靠它！

話不多說，直接上干貨！

文中全部使用GTX代指GT Transceiver，同樣適用于GTH。

一、參考時(shí)鐘
1.1 收發(fā)測試能跑起來的基本參考時(shí)鐘設(shè)置
我們先回顧下上一節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)：Quad、QPLL、CPLL、Channel、Common；基礎(chǔ)知識(shí)理解了有利于后面內(nèi)容的了解。

每一個(gè)GTX獨(dú)有的CPLL，4個(gè)GTX共有的一個(gè)QPLL，2個(gè)外部參考時(shí)鐘輸入，和專用參考時(shí)鐘布線（REFCLK Distribution）。

在Quad中，GTXE2_CHANNEL原語以及GTXE2_COMMON原語都必須例化，需要注意的是不管使用還是不使用QPLL，GT_COMMON都是要例化的，這是工具自動(dòng)操作的。

外部參考差分時(shí)鐘輸入經(jīng)過 IBUFDS_GTE2原語轉(zhuǎn)為單端時(shí)鐘后，就是GTX的參考時(shí)鐘輸入端口：

IBUFDS IBUFDS_inst (
.O(O), // 1-bit output: Buffer output
.I(I), // 1-bit input: Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(IB) // 1-bit input: Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);

前文已說過，1個(gè)Quad有2個(gè)參考時(shí)鐘，我們稱之為REFCLK0，REFCLK1，具體用哪一個(gè)，看你外部板卡設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)際給了哪一路。然后在IP配置時(shí)候，選擇使用對(duì)應(yīng)的參考時(shí)鐘：

總結(jié)如下：

①參考時(shí)鐘根據(jù)板子實(shí)際時(shí)鐘來選擇頻率；

②參考時(shí)鐘給到REFCLK0 還是REFCLK1也由板子設(shè)計(jì)決定。

但是對(duì)于我們學(xué)習(xí)做仿真而言，暫時(shí)不用管它；如果按照上圖配置來例化IP；那么對(duì)應(yīng)到程序中就是：

（根據(jù)IP配置）差分輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率為156.25Mhz，然后經(jīng)過IBUFDS原語后轉(zhuǎn)為單端時(shí)鐘并給到參考時(shí)鐘REFCLK1；而REFCLK0由于沒有使用，直接給0 。

1.2 繼續(xù)了解時(shí)鐘，走著
如果只是測試收發(fā)，跑跑仿真，那么到這里，我們就可以不用繼續(xù)研究了。直接跳到第二章--系統(tǒng)時(shí)鐘。但是GTX的時(shí)鐘遠(yuǎn)不止如此；要知道K7325T有16個(gè)GTX ，V7系列更多；當(dāng)GTX數(shù)量多了的時(shí)候，時(shí)鐘又如何設(shè)定？

繼續(xù)上圖：

注意到紅框的REFCLK Distribution了嗎？專用參考時(shí)鐘布線。

REFCLK Distribution的上下參考時(shí)鐘引腳分別為南北時(shí)鐘輸入引腳。用于Quad之間共享參考時(shí)鐘；也就是說，并不一定每一個(gè)Quad都需要外部參考時(shí)鐘，有的Quad可以和其他Quad共享參考時(shí)鐘，而共享的來源就是南北時(shí)鐘輸入引腳。Quad的南北參考時(shí)鐘稱為GTSOUTHREFCLK以及GTNORTHREFCLK。

我們?cè)倮^續(xù)看來自QPLL參考時(shí)鐘的4通道結(jié)構(gòu)圖：

又總結(jié)一下：

每個(gè)Quad中的GTX通道有6個(gè)可用的參考時(shí)鐘輸入：

兩個(gè)外部輸入?yún)⒖疾罘謺r(shí)鐘，經(jīng)過IBUFDS后就是GTREFCLK0和GTREFCLK1；

來自于Quad上面的兩個(gè)參考時(shí)鐘引腳對(duì)，GTSOUTHREFCLK0和GTSOUTHREFCLK1；

來自于Quad下面的兩個(gè)參考時(shí)鐘引腳對(duì)，GTNORTHREFCLK0和GTNORTHREFCLK1；

好家伙，一下子來這么多參考時(shí)鐘，GTX都蒙了，用哪個(gè)呢？

時(shí)鐘多路選擇器安排唄。

下圖是QPLL參考時(shí)鐘多路選擇器：

注意：多了一個(gè)GTGREFCLK，這個(gè)時(shí)鐘是由內(nèi)部邏輯產(chǎn)生的參考時(shí)鐘。貌似只用于內(nèi)部測試。

CPLL同理，就不啰嗦了，直接上圖：

1.3 單個(gè)外部參考時(shí)鐘使用情形
（1）單個(gè)外部參考時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)單個(gè)Quad中的多個(gè)GTX

這種情況很簡單，也很常見，一個(gè)Quad共用一個(gè)外部參考時(shí)鐘，直接看圖：

用戶設(shè)計(jì)直接將外部參考時(shí)鐘經(jīng)過IBUFDS_GTE2輸出REFCLK連接到GTX 的COMMON 、CHANNEL 原語。

（2）單個(gè)外部參考時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)多個(gè)Quad中的多個(gè)GTX

單個(gè)外部參考時(shí)鐘也可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)Quad中的多個(gè)GTX，例如：

但是，須得遵守一定的規(guī)則：

源Quad上方的Quad數(shù)量不能超過1個(gè)；

源Quad下方的Quad數(shù)量不能超過1個(gè)；

源Quad，指的是直接連接到外部參考時(shí)鐘的Quad。

即是說： 1個(gè)外部參考時(shí)鐘所驅(qū)動(dòng)的Quad總數(shù)不超過3個(gè)，或驅(qū)動(dòng)的Transceiver不超過12個(gè)。

1.4 多個(gè)外部參考時(shí)鐘使用情形
（1）同一個(gè)QUAD中，多個(gè)GTX Transceiver使用多個(gè)參考時(shí)鐘

每個(gè)Quad有兩個(gè)專用的差分時(shí)鐘輸入引腳(MGTREFCLK0[P/N]或 MGTREFCLK1[P/N]) ，可以連接到外部時(shí)鐘源。 每個(gè)專用的參考時(shí)鐘引腳對(duì)輸入進(jìn)來后必須例化IBUFDS_GTE2，再給到GTX使用。

說再多也不如一張圖看的直接：

看圖說話：MGTREFCLK0[P/N]連接到GTREFCLK0，將MGTREFCLK1[P/N]連接到GTREFCLK1管腳。

（2）不同QUAD中，多個(gè)GTX Transceiver 使用多個(gè)參考時(shí)鐘

參考時(shí)鐘選擇結(jié)構(gòu)的靈活性允許Quad中的每個(gè)Transceiver都可以訪問上下Quad中的專用參考時(shí)鐘。

不啰嗦，上圖上圖：

在每個(gè)GTX有多個(gè)參考時(shí)鐘選項(xiàng)的情況下，設(shè)計(jì)的時(shí)候根據(jù)需求設(shè)置 QPLLREFCLKSEL[2:0]和CPLLREFCLKSEL[2:0]。該遵守的規(guī)則還是要遵守的：1個(gè)外部參考時(shí)鐘所驅(qū)動(dòng)的Quad總數(shù)不超過3個(gè)，或驅(qū)動(dòng)的Transceiver不超過12個(gè)。

1.5 QPLL/CPLL工作原理
算了， 略過吧，有興趣具體查閱手冊(cè)《UG476》。

二、系統(tǒng)時(shí)鐘

對(duì)應(yīng)IP設(shè)置的第三頁，我們所設(shè)置的時(shí)鐘頻率，也是DRP CLOCK；跟板子提供的時(shí)鐘對(duì)應(yīng)；

對(duì)應(yīng)到代碼：
input wire DRP_CLK_IN_P,

input wire DRP_CLK_IN_N,

我們參照Example Design中對(duì)該時(shí)鐘的處理：

先經(jīng)過IBUFDS轉(zhuǎn)為單端時(shí)鐘，然后經(jīng)過BUFG，再給到GTX核。
IBUFDS IBUFDS_DRP_CLK (
.I (DRP_CLK_IN_P),
.IB (DRP_CLK_IN_N),
.O (DRPCLK_IN)
);

BUFG DRP_CLK_BUFG(
.I (DRPCLK_IN),
.O (drpclk_in_i)
);

這里，有個(gè)有意思的事情：

筆者使用50Mhz / 100Mhz 輸入，最終GTX輸出都是OK的，什么原因呢？

三、邏輯使用的時(shí)鐘
TXUSRCLK 和 TXUSRCLK2 生成：

（以下內(nèi)容為UG476翻譯）

FPGA發(fā)送端包含兩個(gè)并行時(shí)鐘：TXUSRCLK 和 TXUSRCLK2，

TXUSRCLK是GTX中PCS邏輯的內(nèi)部時(shí)鐘。它的頻率由TX端的Line Rate和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度共同決定：

TXUSRCLK2是GTX的TX端信號(hào)的主要同步時(shí)鐘。 GTX發(fā)送的大多數(shù)信號(hào)都是在TXUSRCLK2的上升沿進(jìn)行采樣。TXUSRCLK2和TXUSRCLK之間有一個(gè)固定比率關(guān)系，由TX_DATA_WIDTH 和TX_INT_DATAWIDTH決定，見下圖：

回想一下，我們要通過某個(gè)IP核進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，那么發(fā)送數(shù)據(jù)模塊所使用的時(shí)鐘必然是該IP核出來的同步時(shí)鐘。

對(duì)于GTX而言，我們發(fā)送數(shù)據(jù)所在的時(shí)鐘域，就是由核輸出的gt0_txoutclk_i。

再來看兩種情況：

（1）單通道——TXOUTCLK 驅(qū)動(dòng)TXUSRCLK2 (2-Byte 或者4-Byte 模式)

（2）多通道——TXOUTCLK 驅(qū)動(dòng)TXUSRCLK2 (2-Byte or 4-Byte 模式)

四、時(shí)鐘篇小結(jié)
前面解釋的很詳細(xì)了，最后放張圖吧。

審核編輯：湯梓紅