DCM簡介及其使用方法

.CLKFX180(CLKFX180), // 180度移相的DCM合成時鐘輸出
.LOCKED(LOCKED), // DCM鎖相狀態(tài)輸出信號
.CLKFB(CLKFB), // DCM模塊的反饋時鐘信號
.CLKIN(CLKIN), // DCM模塊的時鐘輸入信號
.RST(RST) // DCM 模塊的異步復(fù)位信號
);
// 結(jié)束DCM_BASE模塊的例化過程
在綜合結(jié)果分析時，DCM系列原語的RTL結(jié)構(gòu)如圖3-36所示。

圖3-36 DCM模塊的RTL級結(jié)構(gòu)示意圖

Spartan-3 DCM的兼容性
S3 的DCM和 Virtex-II 以及pro的DCM 功能基本相同。但是S3 DCM的技術(shù)屬于3代技術(shù)，因此在抗噪性能、相移能力方面有進一步提高。（客觀的說，對我們的普通應(yīng)用，不是特別重要。）
但是和Spartan-2系列相比，有很大改進。S2系列不叫DCM叫DLL，可見DFS和PS等功能完全是新加入的，所以S2系列其實除了二倍頻幾乎沒有倍頻和分頻能力。從這點來講，S3真的是用起來很爽了。

DCM 輸入時鐘的限制
和所有物理器件一樣，DCM的工作范圍也是受限的。由于DLL和DFS的要求各不相同，因此DCM的輸入頻率的限制也視乎是否同時使用DLL和DFS還是單獨使用其中之一。如果同時使用，則取限制較嚴格者作為整個DCM系統(tǒng)的限制。我們來看兩者的獨立限制。

呵呵，這部分內(nèi)容不用記哦，需要的時候查一下軟件或者手冊就可以了。只要明白“CLKIN輸入頻率有限制，而且DLL、DFS同時使用時取其嚴格者” 這些道理就可以了。
除了時鐘限制之外，對于時鐘的質(zhì)量也有一定限制，主要有3個：
1. CLKIN cycle-to-cycle jitter：約束了前后兩個CLKIN周期的差異；
2. CLKIN period jitter：約束了100萬個cycle中最大周期和最小周期之間的差異；
3. CLKFB path delay variation：約束了從外部進來的反饋回路的延遲波動，這種延遲波動在概念上其實和jitter如出一轍。
具體數(shù)值請查手冊，知道有這么回事就可以了。

LOCKED信號的行為方式
LOCKED信號用于指示整個DCM系統(tǒng)已經(jīng)和CLKIN同步，從LOCKED信號有效開始，輸出時鐘才可以使用，在此之前，輸出時鐘可能會處于各種復(fù)雜的不穩(wěn)定狀態(tài)。我們來看一下LOCKED信號的行為狀態(tài)機。
FPGA配置：
if （CLKIN已經(jīng)穩(wěn)定） next_state = 判斷同步；
else next_state = RST_DCM；
判斷同步：
if （已經(jīng)同步） next_state = 判斷同步；
else next_state = 同步失敗；
同步失敗： next_state = RST_DCM；
RST_DCM： next_state = FPGA配置；

現(xiàn)在來看看各個狀態(tài)下的輸出。

case (state)
FPGA配置： LOCKED = 0；
判斷同步： LOCKED = 1；
同步失敗： LOCKED = 0；
RST_DCM：LOCKED = 0；
endcase

RST 信號——重啟鎖定
RST信號用于在時鐘不穩(wěn)定或者失去鎖定時，將DCM的相關(guān)功能重置，從而重新啟動鎖定追蹤。
作為一個輸入信號，RST無法被DCM自身置位，因此需要我們的應(yīng)用設(shè)計來控制這個RST信號，否則需將其接地。
置位RST會將延遲tap的位置置0，因此可能會產(chǎn)生glitch或者是duty cycle 發(fā)生變化，另外相位偏移也會重置回到默認值。

DCM 生成向?qū)?br />安裝了ISE就能得到一系列accessories。利用其中的Architecture Wizard 我們可以生成DCM模塊。生成的DCM將產(chǎn)生3種輸出：
1. 一個例化了DCM的邏輯綜合文件（采用生產(chǎn)商特定格式的VHDL / Verilog）
2. 一個UCF文件控制特定實現(xiàn)
3. 所有其他用戶設(shè)置都保存到XAW（Xilinx Architecture Wizard）文件中。

接下來描述一下向?qū)褂貌襟E。
1. 從ISE或者Arch wizard中啟動界面；
2. 第一個頁面做基本配置：路徑、XAW文件名、VHDL / Verilog選擇、綜合工具、FPGA型號；
3. 進行General setup，一看就明白，不細說，注意一下幾點：
- CLKIN source 如果選 external 則 DCM 的 CLKIN 會自動連接到 IBUFG。
- Feedback如果選 internal 則反饋來自 BUFG。
4. 高級設(shè)置
- 選擇FPGA的配置過程是否包含DCM的鎖定，如果是，則配置完成信號DONE將在LOCKED信號有效后方能有效。
- 選擇CLKIN是否要除2。由于DCM的輸入頻率有限，對于過高的輸入時鐘通過除2使之可用。
- Deskew調(diào)整，這個選項建議在咨詢xilinx工程師后再使用。
5. 時鐘輸出口 Buffer 設(shè)置
- 默認情況下所有輸出口都鏈接 BUFG 全局時鐘網(wǎng)絡(luò)入口
- 由于全局時鐘網(wǎng)絡(luò)的入口有限，用戶可以定制時鐘輸出口連接到其他類型的Buffer
- Global Buffer：進入全局時鐘網(wǎng)絡(luò)的入口Buffer，共有4個，簡稱BUFG
- Enabled Buffer：還是上面的4個全局時鐘Buffer，但是配置為有使能信號控制，簡稱BUFGCE
- Clock MUX：還是上面的4個全局時鐘Buffer，但是配置為 2-to-1 MUX類型，由S信號控制選出，簡稱BUFGMUX
- Low skew line：沒有buffer了，只能使用 skew 比較小的連線
- Local Routing：連到本地，skew的要求不是很嚴格
- None：禁止輸出
- 對于Enabled Buffer類型和Clock Mux類型，需要指定En口的名字
- 需要為輸出時鐘信號指定名字或者使用默認
6. 設(shè)置DFS
- 設(shè)置目標輸出頻率，然后按calculate，自動生成 M/D 值和 Jitter 值
- 或者手動設(shè)置 M/D 值，然后按calculate，自動生成頻率和 Jitter 值
7. 最后輸出所需的3種文件。

本文翻譯自Using Digital Clock Managers (DCMs) in Spartan-3 FPGAs