Xilinx V7系列中的MMCM原语

前言

笔者在学习Xilinx官方开发板Virtex-7 VC709中GTH适配的10G Subsystem Ethernet MAC过程中，发现example design中有一个在VU13P中没有见过的原语，看了一下用户指南，决定记录一下；

MMCME2_BASE介绍

7系列FPGA的MMCM的原语有两种，分别是MMCME2_BASE和MMCME2_ADV
MMCME2_BASE是基本的混合模式时钟管理器，它提供了基本的时钟管理功能，如分频、倍频和相位调整等

它适用于大多数常见的时钟管理需求，并且相对简单易用
通过配置相应的端口和参数，可以实现输入时钟的相位锁定、频率转换以及占空比调整

MMCME2_BASE使用

MMCM有2个时钟输入，使用时任选1路即可，输入时钟经过PFD（phase-frequency detector），CP（charge pump），LF（loop filter）后产生一定幅度的电压输入到VCO，VCO产生频率与输入电压幅度成比例的高频时钟，再被除以M倍并反馈到PFD。
因此VCO的输出频率是一个稳定的、输入频率M倍的高频时钟，该时钟除以不同的倍数（用户可调）即可输出时钟clkout0 clkout6
另外第0路输出和反馈输出是可以被分数除法，且第0路第3路提供反相180度的输出，VCO的输出还可以精确调整相位

任何使用MMCM电路的，其输入时钟都要VCO，然后再统一分配出去
输出的计算公式
VCO Frequency
= (Input Clock Frequency) * (CLKFBOUT_MULT)/DIVCLK_DIVIDE
所以输出的频率clkout_freq = VCO_freq / DIV

CLKFBIN : Feedback clock pin to the MMCM.
CLKFBOUT :Dedicated MMCM Feedback clock output.
在MMCM中，反馈时钟是指从MMCM的输出时钟信号中重新引导一个时钟信号作为MMCM的输入信号的一种配置方式；
通常MMCM的输出时钟可以通过分频或者倍频操作取得所需的时钟频率，而当需要使用输出时钟信号多为输入时钟信号的一部分时，即需要将输出时钟信号再次输入到MMCM中进行进一步的时钟操作时，就需要使用到反馈时钟；
使用反馈时钟可以在MMCM中实现复杂的时钟操作，比如多级分频、倍频或者相位调整等，通过将输出时钟信号反馈到MMCM的输入端，可以将其作为新的时钟信号进行进一步的时钟控制和操作

MMCME2_BASE源程序

// MMCME2_BASE : In order to incorporate this function into the design,
//   Verilog   : the following instance declaration needs to be placed
//  instance   : in the body of the design code.  The instance name
// declaration : (MMCME2_BASE_inst) and/or the port declarations within the
//    code     : parenthesis may be changed to properly reference and
//             : connect this function to the design.  All inputs
//             : and outputs must be connected.

//  <-----Cut code below this line---->

   // MMCME2_BASE: Base Mixed Mode Clock Manager
   //              Artix-7
   // Xilinx HDL Language Template, version 2022.1

   MMCME2_BASE #(
      .BANDWIDTH("OPTIMIZED"),   // 指定抖动的算法 (OPTIMIZED, HIGH, LOW)
      .CLKFBOUT_MULT_F(5.0),     // 所有时钟的乘数 (2.000-64.000).
      .CLKFBOUT_PHASE(0.0),      // CLKFB的相位偏移度 (-360.000-360.000).
      .CLKIN1_PERIOD(0.0),       // 输入时钟的周期 小数点后三位(i.e. 33.333 is 30 MHz).
      // CLKOUT0_DIVIDE - CLKOUT6_DIVIDE: Divide amount for each CLKOUT (1-128)
      .CLKOUT1_DIVIDE(1),
      .CLKOUT2_DIVIDE(1),
      .CLKOUT3_DIVIDE(1),
      .CLKOUT4_DIVIDE(1),
      .CLKOUT5_DIVIDE(1),
      .CLKOUT6_DIVIDE(1),
      .CLKOUT0_DIVIDE_F(1.0),    // Divide amount for CLKOUT0 (1.000-128.000).
      // CLKOUT0_DUTY_CYCLE - CLKOUT6_DUTY_CYCLE:占空比(0.01-0.99).
      .CLKOUT0_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT1_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT2_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT3_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT4_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT5_DUTY_CYCLE(0.5),
      .CLKOUT6_DUTY_CYCLE(0.5),
      // CLKOUT0_PHASE - CLKOUT6_PHASE: 输出时钟的偏移(-360.000-360.000).
      .CLKOUT0_PHASE(0.0),
      .CLKOUT1_PHASE(0.0),
      .CLKOUT2_PHASE(0.0),
      .CLKOUT3_PHASE(0.0),
      .CLKOUT4_PHASE(0.0),
      .CLKOUT5_PHASE(0.0),
      .CLKOUT6_PHASE(0.0),
      .CLKOUT4_CASCADE("FALSE"), // Cascade CLKOUT4 counter with CLKOUT6 (FALSE, TRUE)
      .DIVCLK_DIVIDE(1),         // 输出时钟相对于输入时钟的分频比(1-106)
      .REF_JITTER1(0.0),         // Reference input jitter in UI (0.000-0.999).
      .STARTUP_WAIT("FALSE")     // Delays DONE until MMCM is locked (FALSE, TRUE)
   )
   MMCME2_BASE_inst (
      // Clock Outputs: 1-bit (each) output: User configurable clock outputs
      .CLKOUT0(CLKOUT0),     // 1-bit output: CLKOUT0
      .CLKOUT0B(CLKOUT0B),   // 1-bit output: Inverted CLKOUT0
      .CLKOUT1(CLKOUT1),     // 1-bit output: CLKOUT1
      .CLKOUT1B(CLKOUT1B),   // 1-bit output: Inverted CLKOUT1
      .CLKOUT2(CLKOUT2),     // 1-bit output: CLKOUT2
      .CLKOUT2B(CLKOUT2B),   // 1-bit output: Inverted CLKOUT2
      .CLKOUT3(CLKOUT3),     // 1-bit output: CLKOUT3
      .CLKOUT3B(CLKOUT3B),   // 1-bit output: Inverted CLKOUT3
      .CLKOUT4(CLKOUT4),     // 1-bit output: CLKOUT4
      .CLKOUT5(CLKOUT5),     // 1-bit output: CLKOUT5
      .CLKOUT6(CLKOUT6),     // 1-bit output: CLKOUT6
      // Feedback Clocks: 1-bit (each) output: Clock feedback ports
      .CLKFBOUT(CLKFBOUT),   // 1-bit output: Feedback clock
      .CLKFBOUTB(CLKFBOUTB), // 1-bit output: Inverted CLKFBOUT
      // Status Ports: 1-bit (each) output: MMCM status ports
      .LOCKED(LOCKED),       // 1-bit output: LOCK
      // Clock Inputs: 1-bit (each) input: Clock input
      .CLKIN1(CLKIN1),       // 1-bit input: Clock
      // Control Ports: 1-bit (each) input: MMCM control ports
      .PWRDWN(PWRDWN),       // 1-bit input: Power-down
      .RST(RST),             // 1-bit input: Reset
      // Feedback Clocks: 1-bit (each) input: Clock feedback ports
      .CLKFBIN(CLKFBIN)      // 1-bit input: Feedback clock
   );

   // End of MMCME2_BASE_inst instantiation