FPGA 结构分析 -IO 资源
原文作者:FPGA设计论坛
关于 FPGA 的 IO资源分析共分为三个系列进行具体阐述,分别为:
IO资源:分析FPGA IO资源的电气特性;
IO逻辑资源:分析FPGA的输入输出数据寄存器、DDR工作方式、可编程输入延时工作方式;
IO串并转换资源:分析IO资源如何实现串并转换。
其中第二、三系列是对第一系列中的部分内容进行更进一步的详细描述。本篇是对于第一个系列——IO资源进行部分描述,共分为几个章节进行具体阐述。
FPGA IO资源的基本单元架构为一个个 IO tile ,下图为 IO tile 的结构概略图:
一个 IO tile 包含两个 IOB、两个 ILOGIC 和 两个 OLOGIC。本篇主要描述 IOB 的结构。
IOB的基本结构如下图所示,包含了输入缓冲、输出缓冲和三态控制三种驱动。
一、FPGA的开发软件提供了 IOB 不同功能的原语(primitives):
对于单端信号:
IBUF (input buffer)IBUFG (clock input buffer)
OBUF (output buffer)
OBUFT (3-state output buffer)
IOBUF (input/output buffer)
对于差分信号:
IBUFDS (input buffer)IBUFGDS (clock input buffer)
OBUFDS (output buffer)
OBUFTDS (3-state output buffer)
IOBUFDS (input/output buffer)
注意:一对差分信号作为输入输出时必须使用同一 tile 的 P/N 管脚,如下图的 L31P 和 L31N 为同一tile上的一对差分管脚。
二、定义好 IOB 输入输出特性后,FPGA开发软件还提供对 IOB 的管脚约束、IO接口电气标准、输出压摆率、输出驱动能力、低容性IO、IO上下拉、差分100欧姆匹配电阻使能的设置。可以参考相关FPGA的数据手册,查看具体参数设置。
三、以上原语及设置如何实现?拿IOBUF举个例子:
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