【FPGA】FPGA中的缓冲与驱动那些事

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缓冲：

驱动：

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为解决问题而学习才是由效率的，今天重新看了以前的那个项目的Verilog HDL程序，到现在我还没有弄明白细节，只有慢慢蚕食。看到了这样一串程序：

generategenvar j;for(j=0;j<10;j=j+1): ibufds10begin IBUFDS ibufds_inst1(.I(ad1_bp[j]),.IB(ad1_bn[j]),.O(ad_data_b[j]));end
endgenerate

这都不是关键，我的注意点在于里面的那个IBUFDS，这个东西，说实话，我以前看FPGA的时候经常出现，我很头疼，不知道它到底是什么？我甚至今天还认为它是一个IP核，真是愚蠢至极！终于忍不住问了师兄，我记得之前他也和我讲过，看他的博客，可当时并没有特意去了解这个东西，时间也比较紧张，所以就没有侧重这东西。师兄说这是一个原语，并给我发了一篇它的博文，这才有点明白了。这里转载过来，以便查看。我看了一遍，觉得肯定不够，还得继续看下去，并且配合其他相关知识一起理解，这里也不禁感叹，同样是九年义务教育，为什么人家就这么优秀？

原文地址：【FPGA】FPGA的输入、输出、扇出的那些琐事

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FPGA全局时钟资源一般使用全铜层工艺实现，并设计了专用时钟缓冲与驱动结构，从而使全局时钟到达芯片内部的所有可配置单元(CLB)、I/O单元(IOB)和选择性块RAM(Block Select RAM)的时延和抖动都为最小。

然后将那些原语分为两类：1 缓冲；2 驱动。

缓冲：

就是输入缓冲或者输出缓冲，这些缓冲主要用来片外输入时钟或者片外差分输入的信号处理，因为FPGA有对时钟的专门资源，同时也要保证时钟的精准，有效解决颤抖、延迟等问题，另外就是差分信号（包括差分时钟）进入片内之后不经过IBUFGDS、IBUFDS缓冲无法直接处理。另外对于时钟来说，时钟引脚的输入只能接IBUGDS缓冲器，IBUFG和IBUFGDS的输入端仅仅与芯片的专用全局时钟输入管脚有物理连接，与普通IO和其它内部CLB等没有物理连接。如果不用原语链接这两部分时钟信号无法到达芯片内部的CLB等资源，也就是无法使用。（补充：IBUGDS和时钟输入引脚为对应的，也就是IBUGDS的输入必须为时钟引脚，时钟引脚必须链接IBUFGDS。这段中IBUFGDS 也可以换成 IBUFG）对了还有一个OBUFDS就是差分输出缓冲。

驱动：

驱动在时钟约束部分说过，当信号扇出过大是可以通过加BUFG来增加扇出，这里的BUFG就是全局缓冲，以BUFG为例，该原语的输入信号可以是IBUFGDS的输出也可以是逻辑信号的输出（内部信号），但是过一次BUFG有大约10ns的延时，但是通过BUFG之后输出到片内所有单元的延时可以忽略不计，另外一个典型的TTL逻辑门最多有10个扇出信号，而缓冲器可以驱动20到30个扇出信号，在这里可以理解为反相器，反相器一般情况下扇出较大。

一般情况下IBUFGDS+BUFG或者IBUFG+BUFG可配套使用，当全局时钟扇出较少的时候可以不加BUFG。

另外缓冲分为全局时钟缓冲和局部时钟缓冲，局部始终缓冲BUFH、BUFR，对于BUFH在Xilinx FPGA 学习笔记——时钟资源这篇文章中有写，可移步查看。（虽然我没用过局部时钟缓冲）另外在例化PLL或者MMCM这种时钟IP核时，要对输入输出时钟的类型进行选择，大家可以看到有BUFG和BUFH的下拉选项。

IBUFDS、IBUFGDS和OBUFDS都是差分信号缓冲器，用于不同电平接口之间的缓冲和转换。IBUFDS 是差分输入的时候用，OBUFDS是差分输出的时候用，而IBUFGDS则是时钟信号专用的输入缓冲器。

IBUFDS是一个输入缓冲器，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。

IBUFDS instance_name (.O (user_O),
.I (user_I),
.IB (user_IB));

OBUFDS是一个输出缓冲器，支持低压差分信号。与IBUFDS对应：

OBUFDS instance_name (.O (user_O),
.OB (user_OB),
.I (user_I));

IBUFGDS是一个连接时钟信号BUFG或DCM的专用的差分信号输入缓冲器。在IBUFGDS中，一个电平接口用两个独立的电平接口（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。

IBUFGDS instance_name (.O (user_O),
.I (user_I),
.IB (user_IB));

原文链接：【FPGA】FPGA的输入、输出、扇出的那些琐事