Versal DDR4/LPDDR4 硬核控制器 (NOC IP) I/O planning快速指南

本文介绍了在Versal新一代ACAP器件上使用NOCIP的DDR4/LPDDR4硬核控制器进行I/O规划的详细步骤,包括创建测试工程、配置IP、选择管脚分配模式、指定IO端口位置,以及针对管脚微调的规则。
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作者:赛灵思工程师Kathy Ren

在 Versal新一代ACAP器件上,除了延续之前Ultrascale/Ultrascale+系列器件上已有的DDR4 IP之外,还配置了最新的DDR4/LPDDR4 硬核控制器(NOC IP). 它的性能更高,并且不额外占用其他的可编程逻辑资源(PL)。使用它的时候,在硬件设计方面和设计流程上,和之前的软核控制器(DDR4 IP)也有着很大的不同。今天我们来介绍一下I/O planning方面的设计考虑和实现流程。

在原理图设计之前,需要先新建一个测试小工程。在block design中添加NOC IP。

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在IP wizard中,根据memory 容量,位宽,带宽等要求完成相关配置。

总体上来讲,DDR4/LPDDR4的管脚有2种分配模式—Flipped和Non-flipped,模式的选择可以通过使能或者关闭NOC IP中 “Flipped pinout”的选项来实现。

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Versal器件上每个NOC IP对应3个IO bank的管脚,它们都位于同一个triplet之中。一个NOC IP对应的所有DDR4/LPDDR4接口管脚都必须放置在这3个IO bank之中。在对block design进行综合之后,打开synthesized design,在I/O ports窗口中点击 “Open advanced I/O planner” ,按照bank或者nibble为单位指定所有管脚的位置。

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在此之后,地址、控制和时钟管脚的位置就被固定了下来。数据管脚在Byte以内和Byte之间可以进行微调,具体的调整规则可以参考pg313中Pinout Rules相关章节。

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<think>嗯,用户这次想了解Xilinx的NOC IP核相关信息。从引用资料来看,用户显然是个FPGA开发者,而且正在研究Versal ACAP这类高级器件。ta引用的三篇文档都挺专业,特别是引用[2]明确提到VersalNoC架构变化,说明用户不是初学者。 用户要的“详细介绍、使用方法和技术文档”其实可以拆解成三个层次:首先是理论架构,然后是实际操作,最后是参考资料。我注意到引用[2]里那个关键信息——VersalNoC替代了专用内存控制器,这个点在回复里一定要强调,因为这是Xilinx新一代器件的核心变革。 技术文档方面,Xilinx的文档体系我比较熟。UG1085肯定是基础,但考虑到用户问的是IP核,DS957和PG313可能更实用。不过用户没说明具体器件型号,Versal和UltraScale+的NoC差异挺大,我得把不同系列的文档都列出来比较稳妥。 用户的问题其实隐含了一个技术痛点:如何配置NoC的路由和仲裁。这在引用[3]提到的布局布线概念有关联——NoC配置会直接影响时序收敛。不过用户没问这么深,我在基础回复里先提一句QoS配置就行,相关问题里再展开。 最后生成问题时特意加了NoC与AXI互联的对比,因为传统FPGA开发者容易混淆这两个概念。用户既然在研究NoC,大概率需要理解这种架构升级的意义。 </think>以下是关于Xilinx NoC IP核的详细介绍、使用方法和技术文档指南,结合官方资料和关键特性整理: --- ### **一、NoC IP核的核心作用** Xilinx NoC(Network-on-Chip)是Versal ACAP架构的关键互连技术,用于高效管理数据流: 1. **统一内存访问** 替代传统专用DDR控制器,通过NoC路由为PS(处理器系统)和PL(可编程逻辑)提供共享DDR内存访问,降低延迟(引用[2])。 2. **智能仲裁机制** 支持多主设备(如CPU、DMA、PL模块)并发访问存储资源,通过QoS(服务质量)策略优化带宽分配。 3. **分层拓扑结构** 包含物理层、路由层和协议层,支持AXI4-Stream/Full/Lite协议互通。 --- ### **二、NoC配置与使用流程** #### **关键步骤**(需在Vivado® Design Suite中操作): 1. **IP核实例化** 在Block Design中添加`AXI NoC` IP核,选择器件型号(如Versal系列)。 2. **拓扑定义** - 设置NoC节点数(如4x4 Mesh) - 配置时钟域(NoC主频通常为1~1.5GHz) - 启用DDR/LPDDR4/5/HBM控制器接口 ```tcl # 示例:生成NoC约束 set_property CONFIG.CONNECTIONS {MC_0 { read_bw {1000} write_bw {1000} }} [get_bd_intf_pins noc_ip/S00_AXI] ``` 3. **QoS策略** 为不同主设备分配优先级(如实时数据传输 > 后台任务),预防数据阻塞。 4. **时序约束** 通过NoC报告优化路径延迟,尤其关注跨时钟域路径。 --- ### **三、官方技术文档** | **文档类型** | **编号/名称** | **重点内容** | |---------------------|--------------------------------|---------------------------------------------| | **架构手册** | [AM015] Versal ACAP NoC | NoC硬件架构、路由算法、性能模型 | | **用户指南** | [UG1085] NoC IP配置指南 | IP参数详解、Vivado实操步骤、调试方法 | | **参考设计** | [Xilinx GitHub Repository] | NoC连接DDR/HBM的示例工程(Verilog/VHDL) | | **应用笔记** | [XAPP1357] NoC QoS优化策略 | 带宽分配案例、低延迟配置技巧 | > 文档入口:登陆[Xilinx官网](https://www.xilinx.com/),搜索文档编号或关键词“NoC IP”。 --- ### **四、设计注意事项** 1. **带宽瓶颈分析** 使用`NoC Performance Monitor`实时追踪数据吞吐,避免PL到DDR的路径过载。 2. **跨时钟域同步** NoC主频通常高于PL逻辑,需在AXI接口插入CDC FIFO。 3. **错误处理** 启用ECC校验(针对存储访问)和协议错误中断(如AXI响应超时)。 ---
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