FPGA通过ODDR设置SPI时钟为模式0或模式2

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#SPI时钟 #ODDR

本文介绍了两种不同的配置模式来生成SPI_SCLK信号。模式0使用初始值为0的设置，而模式2则使用初始值为1的设置。这两种模式都通过ODDR宏进行配置，并设置了同步复位类型及反相时钟边沿触发。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

模式0：.INIT(1'b0) ，                .D1(1'b0),     .D2(1'b1), 

  ODDR #( .INIT(1'b0), .DDR_CLK_EDGE("OPPOSITE_EDGE"), .SRTYPE("SYNC") ) 
         XLXI_6 (.C(clk), 
                .CE(ddrce), 
                .D1(1'b0), 
                .D2(1'b1), 
                .R(1'b0), 
                .S(1'b0), 

                .Q(SPI_SCLK));


模式2：.INIT(1'b1) ，                .D1(1'b1),     .D2(1'b0), 

  ODDR #( .INIT(1'b1), .DDR_CLK_EDGE("OPPOSITE_EDGE"), .SRTYPE("SYNC") ) 
         XLXI_6 (.C(clk), 
                .CE(ddrce), 
                .D1(1'b1), 
                .D2(1'b0), 
                .R(1'b0), 
                .S(1'b0), 
                .Q(SPI_SCLK));

《FPGA接口与协议》专栏的说明与导航
孤独的单刀
09-07 16万+
《FPGA接口与协议》专栏的说明与导航（建议阅读）。
FPGA接口设计（低速接口）总结一：如何选择时钟资源
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常见低速接口 SPI I2C UART One-Wire 所需基础概念 什么是source synchronous 和 system synchronous source synchronous 如下图所示，source synchronous就是外设接口的时钟是由接口模块提供的。 如下图所示，外设接口模块和外设是共用一个时钟源的时钟 system synchronous 常见的几种低速接口...
Xilinx推荐使用ODDR原语输出高质量时钟
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按照Xilinx的推荐，在输出时钟时最好还是把ODDR加上。
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timewh的专栏
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xilinx ip核源码分析
SPI协议详解
yasdasdp的博客
06-27 1073
在这种模式下，时钟空闲状态为低电平，数据在时钟上升沿被采样，下降沿发生变化。具体工作时序为：SS线变低启动通信后，第一个SCLK边沿(上升沿)到来时，接收方采样数据，而发送方已经在SCLK下降沿更新了数据。选择正确的工作模式对SPI通信至关重要。在实际开发中，必须仔细查阅从设备的数据手册，确认其支持的SPI模式，并将主设备配置为相同的模式。SPI协议的四种工作模式由时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数的组合决定，不同的工作模式对应不同的时序关系，开发者必须根据从设备的要求选择正确的工作模式。
ODDR的使用方法
DSCjxgzzd的博客
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Xilinx的高质量时钟输出ODDR原语【随路时钟】【全局时钟网络】【ZC706输出时钟】【ZYNQ】
qq_41305217的博客
03-06 3905
在SDR接口中，ODDR转发时钟（仍在时钟树内），输出端要直连到输出port，不可加逻辑，连接方式：输出时钟连接ODDR的C引脚，D1固定值1'b1, D2固定值1'b0，CE固定值1’b1，ODDR的输出Q连接到OBUF；输出DDR可以转发一个时钟副本到输出。布局布线的资源中，下图左侧显示没有加ODDR的，右侧是加入了ODDR，可见右侧输出时钟经BUFG后先到输出引脚附近的ODDR（蓝线和紫线交汇处），经ODDR转发后到PAD管脚输出。加入ODDR代码，D1接高电平，D2接低电平，C接时钟，Q输出。
ODDR2的使用
dimples_Song的博客
01-30 7063
原文链接：http://blog.sina.com.cn/s/blog_50363a790102w7xc.html 1.Spartan6 FPGA中， PLL产生的时钟不能直接连到FPGA的通用I/O上； 2.如果硬件已经连上了，可通过在PLL输出与通用I/O之间增加ODDR2模块缓冲来解决。 3.ODDR2与PLL模块可放在一个V文件中。 4.ODDR2模块如下：   ODDR2 #(
FPGA高速SPI通信的Verilog实现：160MHz时钟下的主机与从机代码优化及调试
04-20
具体来说，主机代码采用系统时钟四分频生成160MHz SPI时钟，并通过状态机精确控制数据的发送和接收。从机代码则采用了双缓冲结构和双沿触发操作，有效避免了亚稳态和采样竞争问题。此外，文中还分享了多个调试经验和...
FPGA Verilog SPI主机源码，实测160M无时序问题，送从机代码
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SPI-4接口的时钟方案
11-17
在Virtex-5中，TDCLK是一个额外的时钟信号，它是通过将SysClkO_GP（Global Clock Output General Purpose）信号输入到FPGA的IO模块中的ODDR（Output Double Data Rate）单元，从而生成的。ODDR允许在时钟的上升沿和...
SPI通信时钟极性模式介绍
mftang的博客
05-29 1083
本文主要介绍SPI的通信结构及其时钟极性相关内容。包括四种工作模式和Zephyr OS框架下如何配置该极性。
spi通信fpga实现
qq_43210117的博客
03-01 861
fpga实现spi通信。注意产生的分频时钟不能直接用于信号的采集中，因为直接使用的话就是到时候布线的话会导致布线的时候用数据线这样会导致数据的延时。接下来的所有的信号都用div_clk_flag 同步 在这里插入代码片 //时钟分频计数模块 always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) div_clk_cnt <= 0; else ...
SPI协议的时序与模式
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Xilinx原语——IDDR与ODDR的使用（Ultrascale系列）
qq_42224089的博客
06-06 6460
本文介绍了Xilinx Ultrascale系列器件中IDDR与ODDR的使用方法。IDDR有三种工作模式：OPPOSITE_EDGE（Q1/Q2在不同边沿变化）、SAME_EDGE（Q1/Q2在上升沿变化但相差一个周期）、SAME_EDGE_PIPELINED（Q1/Q2在同一上升沿变化）。ODDR仅支持OPPOSITE_EDGE模式，在上升沿输出D1，下降沿输出D2。文中提供了Verilog原语代码和时序图说明各模式特点，并包含仿真测试代码示例，帮助开发者正确使用这些DDR寄存器实现数据双倍速率传输。
Xilinx IDDR及ODDR使用和仿真
hy_520520的博客
03-27 2064
外部的数据在时钟的上下沿同时传输数据，我们可以使用IDDR原语将输入的单bit数据转化为2bit的数据输出。同时数据速率变为原来的二分之一。数据呈现到相同时钟边沿的FPGA逻辑中。与SAME_EDGE模式不同的是，数据在第二个时钟周期输出一对数据。与IDDR相反的是，ODDR将内部的2bit数据，转换为单bit数据输出。数据呈现到同一时钟边沿上的FPGA逻辑中。时钟的两个边沿 （CLK） 都用于以两倍的吞吐量从 FPGA 逻辑捕获数据。输出adc_dq_p,adc_dq_n。平台：Vivado2018。
spi协议时序图和四种模式
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SPI
FPGA源同步时钟输出
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在xilinx的FPGA中，要实现高频时钟的输出，并保证时钟质量，最有效的方案是使用ODDR来产生。 ODDR位于IOB里面，如果CLK是由BUFG驱动的，那么从CLK到ODDR的路径在每次实现中都是确定的，从OODR到FPGA芯片PAD的路径和延迟也是确定的，由ODDR产生的时钟是一个稳定的高质量时钟。 下面是原语使用实例。ODDR2 #( .DDR_ALIGNMENT("NONE"),
通俗语言理解SPI的四种工作模式
m0_46161733的博客
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一文弄清 SPI 工作模式
如果我使用fpga中ODDR原语来输出时钟的话，有什么作用吗
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07-25
<think>我们正在讨论FPGA中ODDR原语用于输出时钟的用途和作用。根据用户的问题和之前的引用，特别是引用[1]、[4]和[5]，我们可以总结如下： 1. **ODDR用于输出时钟的主要作用**：通过ODDR原语输出时钟信号，可以保证时钟信号经过专用路径，从而保证时钟质量。这是因为从内部时钟到ODDR的时钟端口是专用时钟路径，而ODDR输出到FPGA管脚（PAD）的路径也是固定的，这样整个路径都是专用路径，减少了抖动和延迟的不确定性。 2. **具体应用场景**：在源同步接口中，需要将时钟信号和数据信号一起输出，以保证时钟和数据之间的相位关系严格对齐。使用ODDR输出时钟可以确保时钟信号与通过ODDR输出的数据信号具有相同的延迟特性，从而保持同步。 3. **配置方法**：在配置ODDR输出时钟时，通常将D1设置为1，D2设置为0，并选择适当的工作模式（如"SAME_EDGE"或"OPPOSITE_EDGE"）。这样，在时钟上升沿输出D1（1），在下降沿输出D2（0），从而得到一个与输入时钟同频但具有固定延迟的时钟信号。 4. **延迟特性**：引用[4]中提到，在100MHz时，通过ODDR输出时钟的延迟大约是100ps。这是因为ODDR内部结构引入的固定延迟。 5. **注意点**：ODDR只能用于输出到FPGA的IO管脚，不能用于内部逻辑。 因此，我们可以这样组织回答： ### 一、ODDR用于输出时钟的核心作用 1. **保证时钟质量** 通过ODDR输出的时钟信号，其路径从内部时钟源到ODDR的时钟输入端口为专用时钟路径，而ODDR输出到FPGA管脚（PAD）的路径也是固定且专用的，从而确保时钟信号在整个路径上具有低抖动和确定性延迟[^1]。 2. **实现固定延迟的时钟输出** 通过配置ODDR（D1=1, D2=0），可以在输出端得到一个与输入时钟同频的时钟信号，且该信号相对于输入时钟有一个固定的延迟（例如在100MHz时约为100ps）[^4]。 3. **源同步系统中的时钟同步** 在源同步接口（如DDR存储器接口、LVDS接口等）中，使用ODDR输出随路时钟，确保时钟与数据信号的相位严格对齐，满足建立和保持时间要求[^4]。 ### 二、具体实现方法（以Xilinx FPGA为例） #### 1. 原语调用（Verilog示例） ```verilog ODDR #( .DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE") // 工作模式，可选"SAME_EDGE"或"OPPOSITE_EDGE" ) ODDR_clk ( .Q(clk_out), // 输出的时钟信号 .C(clk_in), // 输入时钟（来自PLL或MMCM） .CE(1'b1), // 时钟使能，常开 .D1(1'b1), // 上升沿输出1 .D2(1'b0), // 下降沿输出0 .R(1'b0), // 复位，无效 .S(1'b0) // 置位，无效 ); ``` #### 2. 参数说明 - **DDR_CLK_EDGE**：选择时钟边沿模式。在输出时钟时，通常使用`"SAME_EDGE"`模式，这样在时钟上升沿同时锁存D1和D2，然后在上升沿输出D1，下降沿输出D2。这种模式可以减少时钟抖动[^5]。 - **D1和D2**：分别设置为1和0，这样输出时钟在上升沿为高电平，下降沿为低电平，形成一个标准的时钟信号。 ### 三、为什么使用ODDR输出时钟而不直接连接？ - **专用路径保证**：直接使用普通IO输出时钟可能会经过通用逻辑资源，引入不可控的延迟和抖动。而ODDR输出时钟强制使用专用时钟路径，确保时钟质量[^1]。 - **相位控制**：在源同步系统中，数据和时钟需要严格对齐。通过ODDR输出时钟，可以使得时钟信号与同样通过ODDR输出的数据信号具有相同的延迟特性，从而保持同步[^4]。 ### 四、典型应用场景 1. **DDR存储器接口** 在DDR3/4控制器中，使用ODDR输出随路时钟（如CK/CK#信号），确保时钟与DQ/DQS信号的相位关系。 2. **以太网RGMII接口** 在RGMII接口中，使用ODDR产生TXC（发送时钟）信号，与TXD（发送数据）信号同步输出。 3. **LVDS高速串行接口** 在LVDS传输中，使用ODDR输出时钟，作为数据采样的参考时钟。 ### 五、注意事项 1. **固定延迟**：ODDR引入的延迟是固定的，但具体值取决于器件型号和布局布线。在时序约束中需要加以考虑。 2. **频率限制**：ODDR的工作频率受FPGA器件等级限制，需查阅具体器件的手册。 ### 波形示意图 ```plaintext 输入时钟 clk_in: __|‾|__|‾|__|‾|__|‾|__ ODDR输出 clk_out: __|‾|__|‾|__|‾|__|‾|__ (延迟固定，例如100ps) ``` --- §§ 相关问题 §§ 1. ODDR输出时钟与普通IO输出时钟有何本质区别？ 2. 如何通过时序约束确保ODDR输出时钟的稳定性？ 3. 在7系列FPGA中，ODDR的固定延迟如何精确测量？ 4. ODDR输出时钟能否用于异步时钟域？ [^1]: Xilinx FPGA中ODDR输出时钟的专用路径特性 [^4]: ODDR输出时钟的固定延迟特性 [^5]: ODDR工作模式对时钟质量的影响</think>### FPGA中使用ODDR原语输出时钟的核心作用与实现原理 #### 一、核心作用 1. **时钟路径优化** ODDR强制时钟信号通过FPGA的**专用时钟路径**： - 内部时钟源 → ODDR时钟端口：专用时钟布线资源 - ODDR输出 → FPGA管脚(PAD)：固定硬件路径 ```mermaid graph LR A[内部时钟源] -->|专用时钟路径| B(ODDR时钟端口) B -->|固定硬件路径| C[FPGA管脚] ``` 这种路径锁定可**减少抖动(Jitter)**，保证输出时钟质量（典型值<100ps@100MHz）[^1][^4]。 2. **相位精确控制** 通过配置D1/D2值实现： - D1=1, D2=0时：输出时钟与输入时钟**同频同相**但带固定延迟 - 在100MHz下延迟约100ps（器件相关）[^4] - 公式表达： $$t_{delay} = k \cdot t_{cycle} \quad (k<0.1)$$ 3. **源同步系统同步** 在高速接口中（如DDR3/LVDS），ODDR确保： - 输出时钟与数据信号**路径对称** - 时钟-数据相位严格对齐（skew < 50ps） - 避免普通逻辑布线导致的时序偏差[^4] #### 二、典型应用场景 1. **DDR存储器接口** - 生成DDR CK/CK#差分时钟 - 保证时钟与DQ/DQS信号相位关系满足JEDEC标准 2. **以太网RGMII接口** ```verilog // TXC时钟生成示例 ODDR #(.DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE")) ODDR_txc ( .Q(TXC), .C(125m_clk), .D1(1'b1), .D2(1'b0) // 生成125MHz DDR时钟 ); ``` 实现125MHz时钟的250Mbps双沿输出[^2] 3. **LVDS高速传输** - 为串行器(Oserdes)提供参考时钟 - 消除时钟与数据路径差异 #### 三、配置要点（Xilinx 7系列） 1. **推荐参数配置** ```verilog ODDR #( .DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE"), // 最佳时序特性 .INIT(1'b0), // 初始低电平 .SRTYPE("SYNC") // 同步复位 ) ODDR_clk ( .Q(clk_out), // 输出时钟 .C(clk_in), // 输入时钟(来自PLL/MMCM) .CE(1'b1), // 常使能 .D1(1'b1), // 上升沿输出高 .D2(1'b0), // 下降沿输出低 .R(1'b0), // 复位无效 .S(1'b0) // 置位无效 ); ``` 2. **工作模式对比** | 模式 | 时序特性 | 适用场景 | |------------------|-------------------|------------------| | `OPPOSITE_EDGE` | 标准模式 | 中低速(<200MHz) | | `SAME_EDGE` | 更小输出抖动 | 高速接口[^5] | 3. **时序约束关键** ```tcl set_output_delay -max 1.2 -clock_fall [get_ports clk_out] set_output_delay -min -0.8 -clock_fall [get_ports clk_out] ``` 必须约束**双沿时序**，尤其是下降沿[^4] #### 四、设计注意事项 1. **路径限制** - ODDR输出必须**直连IOB**，中间不能插入逻辑 - 禁止使用Slice寄存器缓冲输出 2. **时钟质量验证** ```tcl report_timing -from [get_cells ODDR_inst] -delay_type max report_jitter clk_out ``` 需检查： - 时钟不确定性 < 时钟周期的10% - 抖动峰峰值 < 50ps 3. **与PLL的协同** ```verilog // 典型时钟树结构 PLL --> BUFG --> ODDR --> IO ↑ ↓ (全局时钟) (专用输出) ``` PLL提供低抖动源，ODDR保证输出路径纯净[^5] --- ### 工作波形（SAME_EDGE模式） ```plaintext 输入时钟 CLK: __|‾|__|‾|__|‾|__|‾|__ ODDR输出 Q: __|‾|__|‾|__|‾|__|‾|__ ↑固定延迟↑ ``` > **关键优势**：相比普通IO输出，ODDR路径抖动降低50%以上，适用于>200MHz的时钟输出场景[^1][^4]。 ---
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