FPGA之IBIS模型编辑实战攻略

通常我们获得的FPGA IBIS模型是这款芯片的通用模型，在信号完整性仿真中使用起来，很不方便。究其原因，其实就是管脚映射不对。每个FPGA在实际应用时，都会根据产品功能、单板空间等情况，对FPGA的管脚做一个重新定义，FPGA厂家在提供IBIS模型的时候是无法预计到，所以每个FPGA的应用，都要根据具体情况生成相应的IBIS模型。

上图是一个Intel MAX10的FPGA IBIS模型，注意观察[PIN]这一列的管脚号，你就会发现，FPGA芯片根本不会使用到这样的管脚编号。这个模型如果直接映射给器件，软件在仿真过程中，会报告无法找到管脚buffer IBIS模型。

那么如何获取正确的FPGA IBIS模型呢？日常工作中，通常有两种办法：

通过FPGA开发工具自动生成，只要你有和PCB一致的管脚分配文件，就可以自动生成。
手工编辑生成，相对于上面的方法，这种方法要求使用者对IBIS的语法有一定的了解。本文将着重对这个方法进行介绍。

【手工生成FPGA IBIS模型】

回顾IBIS的语法定义，一个IBIS文件主要包括以下几部分组成：

1.文件头，定义IBIS版本、文件名、日期、生成厂家等信息

2.元件，定义了IBIS文件中所包含的元件，关键字为[Component]，一个IBIS文件中可以描述多个元件

3.在[Component]部分是编辑FPGA IBIS模型要涉及的

a.封装参数 IBIS文件中元件的管脚寄生参数有三种定义方式：

i.如下图所示的，[Package] 中定义的整个封装管脚寄生参数RLC的均值，要根据不同芯片型号进行修改；

ii.在[Pin]部分中，定义了每个管脚的寄生RLC参数

iii.还可以使用[Package Model]关键字引用.pkg封装模型文件，这部分将在本文的后面部分介绍

b.[Pin]段定义了这个元件的管脚与IBIS Buffer模型的映射关系，以及每个管脚的RLC寄生参数，这个是生成FPGA IBIS模型要编辑的主要部分

c.[Diff Pin]段定义了元件管脚的差分配对关系，我们生成FPGA IBIS模型，在这一段要添加使用的差分对管脚

d.[Model Selector] 有时一个管脚可以用多个IBIS Buffer模型来描述，比如在DDR仿真中经常用到的ODT模型，有多种Buffer可选，这个就需要使用[Model Selector]进行定义了。FPGA开发工具自动生成的IBIS模型如果不包含[Model Selector]，建议手工添加上，提供在仿真中使用的灵活性，定义[Model Selector]的方法后文有详细解说。

【管脚映射信息获取】

编辑IBIS模型中[Pin]这一段信息，需要获取FPGA管脚和网络名称的对应关系。
本文仅以Cadence Allegro为例，介绍管脚映射信息的获取方式：
1、在Allegro中使用Show Element查询器件后，将Pin IO Imformation部分的内容复制；

2、粘贴到一个txt文件中，再将txt文件中的内容全部选中，并复制；

3、新建一个空白的Excel文件，第一行按下图格式填写，其中” R_pin”、 ” L_pin”、” C_pin”三列如无相应数据，可以省略，注意先空出第一列

4、在Excel中，选择第二行第一列A2单元格后，单击开始菜单，再单击粘贴下方的三角形按钮，在粘贴选项中选择“使用文本导入向导”

5、导入向导第1步选择“分隔符号”，并单击下一步按钮

6、选择分隔符号为“空格”，确认已勾选“连续分隔符号视为单个处理”，并单击下一步按钮

7、选择列数据格式为“文本”，单击完成按钮

8、导入后，将多余的空白A列以及model_name等内容删除

9、仅保留[Pin]和signal_name、model_name三列的内容即可，” R_pin”、 ” L_pin”、” C_pin”三列视情况而定；

10、【神器放送】在Allegro中还可以使用文末提供的Skill工具，查询需要仿真的FPGA芯片，自动在当前目录下生成管脚信息的“器件编号_PinNet.csv”文件，用Excel打开该文件，前两列就是IBIS中[Pin]和signal_name，免去了上述9步数据导入的操作之苦，只需要在第3列手工添加一下model_name关键字即可；

11、第3列的model_name就是用来添加仿真中将要使用的IBIS Buffer模型名称或者Model Selector名称。本文编辑的模型将使用在DDR3仿真中，所以添加的都是Model Selector的名称，关于Model Selector的构建详见后文；

12、对于电源管脚，需要定义model_name为POWER，地管脚需要定义model_name为GND，未连接管脚定义model_name为NC；

13、对于一些本次仿真中不需要使用的管脚可以给一个临时模型，如下图中，将FPGA中所有与DDR仿真无关的管脚的model_name设置为sstl15_cin；

14、如果还有其他信号要仿真，则需要根据电平类型设置为正确的模型

15、由于IBIS语法中不支持表格分隔符【Tab】，不能直接从Excel中直接复制粘贴到IBIS模型中去，可以使用UltraEdit、NotePad等专业文本工具，将分隔符【Tab】替换为空格

16、再复制、粘贴到IBIS文件中去

17、如果在SI仿真中需要使用.pkg文件，就需要将FPGA的所有管脚在[Pin]段列出来

18、编辑好了[Pin]这段，根据FPGA中差分对的定义情况，将[Diff Pin]这段也编辑好

19、如果有必要，可以删除FPGA原始模型中没用到的[Series Pin Mapping]定义，如果有用到，根据实际情况进行管脚修改。

【Model Selector的构建】

Model Selector中定义了一个管脚能够使用的IBIS Buffer模型的集合。一个偷懒的办法是把原始FPGA文件中定义的IBIS Buffer全部列在Model Selector中。虽然很便捷，但是很不经济。特别是对于一些大型的FPGA芯片，原始IBIS文件巨大，将导致SI仿真软件加载IBIS时间过长。比较好的办法是根据实际应用，选择放入Model Selector的IBIS Buffer Model。本文中使用到的例子是一个DDR3 1.5V的应用，只需要Model Selector包含SSTL15的模型就可以了。更进一步，对于DDR_ADD只需要包含SSTL15模型中IBIS输出模型就可以了，不需要ODT模型。因为当FPGA作为Memory Controller使用时，地址、命令、控制以及时钟信号只为输出。

甚至删除了原始IBIS文件中没有使用到的IBIS Buffer 模型定义，从而缩减IBIS文件大小，提高未来SI软件IBIS模型的加载速度。

【封装管脚模型的添加】

很多芯片厂家在提供IBIS模型的同时也会提供后缀为.pkg的封装管脚模型文件，如何使用.pkg文件也是朋友们经常问到的问题。其实这就是个IBIS的语法问题，在IBIS规范中有明确的定义。

上图是IBIS规范的截图，需要使用.pkg封装管脚模型只需要添加[Package Model]关键字就可以了。

但是要注意，在[Pin]段要将FPGA的所有管脚列出来

如上图所示，本文的例子中在[Pin]之前添加了[Package Model]字段，其中z90b_78ball_pkg是封装模型的名字，如果是独立的.pkg的封装文件，对应的z90b_78ball_pkg.pkg文件需与本ibs文件放在同一目录下。

注意：有的仿真软件不支持外部.pkg的封装文件，需要把.pkg文件中的[Define Package Model]和[End Package Model]关键字之间的封装模型定义全部复制到IBIS文件中，如下图所示。

参考原文：《PGA之IBIS模型编辑实战攻略》

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