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FPGA设计中动态时钟的使用方法

时间:2025-12-30  作者:Diven  阅读:0

时钟是每个 FPGA 设计的核心。如果我们正确地设计时钟架构、没有 CDC 问题并正确进行约束设计,就可以减少与工具斗争的时间。

但对于某些应用,我们希望能够更改某些IP中的时钟频率。其中一个例子是在图像处理管道中,输出分辨率可以动态变化,从而需要改变像素时钟。

众所周知,我们可以在 Zynq SoC 和 Zynq MPSoC 中使用结构时钟并在运行时更改结构时钟的频率。但是,如果我们在 Zynq 或 ZYNQ MPSoC 中使用 FPGA 或 PL,我们仍然可以使用动态配置的时钟向导在运行时更改频率。

动态配置时钟允许我们使用 AXI 接口在运行时更改时钟频率。为了创建一个简单的示例,我们将实例化PS并将动态配置时钟IP连接到主 AXI 接口。我们将输出时钟连接到 IO 引脚,以便我们可以对其进行观察并查看频率的变化。上面的时钟是我们打算使用的最大频率,这样可以确保时序约束和时序性能正确。下图是我们这次demo的最终设计。接下来我们将在 Vitis 中开发软件,并且将在设计中的 IP 下看到相关驱动及文档。

开发这个IP的驱动和其 AXI Lite 接口一样,需要对IP寄存器空间进行写入和读取。

要更改时钟频率输出,我们有两种选择。如果只生成一个时钟,我们可以使用名为 SetRate 的函数。该函数将通过AXI Lite总线传递到IP中,IP会给出我们所需的频率输出,并计算必要的分频器、乘法器和相位参数实现所需的输出频率。

如果我们有多个时钟,那么我们需要分别计算这些寄存器的值并单独更新时钟寄存器(每个时钟有两个寄存器)。

这里有个注意点就是在进行时钟更改前最好等待IP锁定到之前的频率后再进行新操作。

更改频率的代码还是比较简单的,如下:当然,我们也可以使用类似的方法,通过将时钟频率降低来实现不同功耗模式下 FPGA 的功耗,从而实现降低功耗的功能。

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