一、7 系列FPGAs SelectIO 資源
SelectIO，就是I/O接口以及I/O邏輯的總稱。《UG471--SelectIO》 篇可以分成3部分：第1部分介紹I/O的電氣特性，第2部分介紹I/O邏輯資源，第3部分介紹高級(jí)的I/O邏輯資源（serializer/deserializer）。

說(shuō)到I/O，必須先提到FPGA的BANK。在7系列的FPGA中，BANK分為HR(High-range)BANK和HP(High-performance) BANK。HP BANK只能支持小于等于1.8V電平標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號(hào)，HR BANK則支持小于等于3.3V電平標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號(hào)。HP BANK專為高速I/O信號(hào)設(shè)計(jì)，支持DCI（數(shù)控阻抗），而HR BANK則適合更大眾化的所有I/O信號(hào)設(shè)計(jì)。下表列出了HP BANK 和HR BANK的特性。

無(wú)論是HR或者HP BNANK，每個(gè)BANK都包含50個(gè)I/O管腳，每個(gè)I/O管腳都可配置成輸入、輸出。每個(gè)BANK的首尾管腳只能作為單端I/O，其余48個(gè)I/O則可配置成24對(duì)差分I/O。

二、selectIO的邏輯資源
下圖為HP BANK的IO 模塊，HR BANK與之相比，沒(méi)有輸出延遲ODELAYE2；

I/O邏輯資源主要包含5部分：

2.1 ILOGIC
ILOGIC即輸入信號(hào)處理邏輯，緊挨著IOB，外界的輸入信號(hào)最先經(jīng)過(guò)的就是ILOGIC。ILOGIC是由許多的數(shù)據(jù)選擇器和一個(gè)IDDR(input Double Data Rate)觸發(fā)器構(gòu)成。該觸發(fā)器既可以雙沿捕獲輸入數(shù)據(jù)也可以拆分成普通單沿觸發(fā)器。在HP BANK中，ILOGIC被稱為ILOGICE2，在HR BANK中，ILOGIC被稱為ILOGICE3。下圖給出了ILOGICE3的示意圖：

ILOGICE2與ILOGICE3的區(qū)別是：ILOGICE3包含了ZHOLD（Zero Hold) delay。

2.2 IDELAY
IDELAY被稱為信號(hào)延遲模塊，它的作用就是把信號(hào)延遲一段時(shí)間。對(duì)于一些需要對(duì)齊的輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)，這至關(guān)重要。在7系列FPGA中，它被稱為IDELAYE2。IDELAYE2可以將信號(hào)延遲0~31節(jié)，在這區(qū)間任意可調(diào)，并且在參考時(shí)鐘為200M時(shí)，每節(jié)的延遲精度為78ps（1/(32×2×FREF)，F(xiàn)REF為IDELAYCTRL的參考時(shí)鐘）。下圖為IDELAYE2例化框圖。

IDELAY后文詳細(xì)講解。

2.3 IDELAYCTRL
IDELAYCTRL其實(shí)是個(gè)輔助模塊，這么說(shuō)吧，只要使用了IDELAY或者ODELAY，IDELAYCTRL必須被使用，要不然就無(wú)法正常工作。因?yàn)镮DELAY或者ODELAY的延遲精度是由IDELAYCTRL的輸入時(shí)鐘決定的，一般為200MHz。下圖為IDELAYCTRL例化框圖。

2.4 ODELAY
ODELAY和IDEALY的使用方式差不多，只不過(guò)ODELAY是用作輸出信號(hào)的延遲。另外，HR BANK內(nèi)沒(méi)有ODELAY，HP BANK才有，被稱為ODELAYE2。使用ODELAYE2時(shí)同樣需要例化IDELAYCTRL。下圖為ODELAYE2例化框圖：

2.5 OLOGIC
LOGIC包括2個(gè)部分：一個(gè)用于配置輸出路徑。另外一個(gè)用于配置三態(tài)控制路徑。輸出路徑和三態(tài)控制路徑都可以獨(dú)立配置成沿觸發(fā)器、ODDR以及組合邏輯輸出。

總的來(lái)說(shuō)，I/O邏輯資源就是用來(lái)獲取或者輸出信號(hào)。對(duì)于一般的低速信號(hào)而言，I/O邏輯資源體現(xiàn)不出優(yōu)勢(shì)，用不用都不影響最終結(jié)果，但是對(duì)于高速信號(hào)而言，就必須使用I/O邏輯資源了，不能夠正確使用它，整個(gè)FPGA邏輯代碼完全無(wú)用。

三、IDELAYE2原語(yǔ)
使用IDELAYE2原語(yǔ)必須例化IDELAYCTRL原語(yǔ)

IDELAYCTRL IDELAYCTRL_inst (

.RDY(RDY), // 1-bit output: Ready output

.REFCLK(REFCLK), // 1-bit input: Reference clock input

.RST(RST) // 1-bit input: Active high reset input

);

再看IDELAYE2原語(yǔ)：

3.1IDELAYE2屬性

3.2IDELAYE2端口

3.2.1延遲控制
1. FIXED模式： 固定模式，延遲值為輸入的VALUE
2. VARIABLE模式：由C,LD,CE,INC 共同控制，如下圖所示：

3. VAR_LOAD模式：由C,LD,CE,INC,CNTVALUEIN共同控制

3.3時(shí)序圖
我們?cè)倏匆粋€(gè)VARIABLE模式，加載延時(shí)的時(shí)序圖：

IDELAY屬性如下：

IDELAY_TYPE = VARIABLE,

IDELAY_VALUE = 0,

DELAY_SRC = IDATAIN

時(shí)刻t1：

在C的上升沿，檢測(cè)LD為高，加載IDELAY_VALUE，即輸出延時(shí)為tap0；

時(shí)刻t2：

在C的上升沿，檢測(cè)到CE &INC同時(shí)為高，由上文延時(shí)控制部分內(nèi)容可知，延時(shí)為當(dāng)前值+1，即輸出延時(shí)為tap1；

時(shí)刻t3：

LD,CE,INC均為0，增加延時(shí)操作完成，輸出延時(shí)保持tap1，直到下一次又檢測(cè)到LD,CE,INC。

???????3.4仿真測(cè)試
Testbench：例化一個(gè)idelayctrl，再例化一個(gè)idelaye2（VAR_LOAD模式）：

IDELAYCTRL IDELAYCTRL_inst (
.RDY(rdy), // 1-bit output: Ready output
.REFCLK(ref_clk),// 1-bit input: Reference clock input
.RST(rst) // 1-bit input: Active high reset input
);

IDELAYE2 #(
.CINVCTRL_SEL("FALSE"), // Enable dynamic clock inversion (FALSE, TRUE)
.DELAY_SRC("IDATAIN"), // 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(0), // Input delay tap setting (0-31)
.PIPE_SEL("FALSE"), // Select pipelined mode, FALSE, TRUE
.REFCLK_FREQUENCY(200.0), // IDELAYCTRL clock input frequency in MHz
.SIGNAL_PATTERN("DATA") // DATA, CLOCK input signal
)
IDELAYE2_inst_frame_delay (
.CNTVALUEOUT(cnt_delay_tap),// 5-bit output: Counter value output
.DATAOUT(rx_frame_delay), // 1-bit output: Delayed data output
.C(ref_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(delay_value), // 5-bit input: Counter value input
.DATAIN(1'b0), // 1-bit input: Internal delay data input
.IDATAIN(rx_frame_buf), // 1-bit input: Data input from the I/O
.INC(1'b0), // 1-bit input: Increment / Decrement tap delay input
.LD(delay_load_en[12]), // 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
);

可以發(fā)現(xiàn)，只要過(guò)了idelay，就會(huì)增加0.6ns的延遲；

delay_value = 0；Tdelay=0.6ns;

仿真繼續(xù)往下走，當(dāng)tap=31時(shí)，Tdelay=3.018ns=31x78(ps) +0.6ns;

測(cè)試驗(yàn)證正確。

四、高級(jí)selectIO邏輯資源
為了方便使用I/O邏輯資源，Xilinx公司專門將幾種模塊集中起來(lái)，構(gòu)成了功能強(qiáng)大的源語(yǔ)ISERDESE2和OSERDESE2：《UG471》翻譯（2）ISERDESE2原語(yǔ)介紹

審核編輯：符乾江