導(dǎo)讀：

7系列FPGA包含最多24個(gè)CMT塊，CMT具體的分布和與其他時(shí)鐘資源的關(guān)系請(qǐng)參考本合集（FPGA應(yīng)用開發(fā)）的上一篇文章。本文主要介紹CMT內(nèi)部MMCM和PLL的區(qū)別以及在實(shí)際開發(fā)中怎么使用CMT，怎么實(shí)現(xiàn)跨時(shí)鐘區(qū)域，第一次讀者最好先閱讀上一篇文章——解剖時(shí)鐘結(jié)構(gòu)篇。

MMCM和PLL的區(qū)別

在xilinx 7系列FPGA中，時(shí)鐘管理塊（CMT）包括混合模式時(shí)鐘管理器（MMCM）和鎖相環(huán)（PLL）。MMCM和PLL可用于廣泛范圍頻率的頻率合成器，用作外部或內(nèi)部時(shí)鐘的抖動(dòng)濾波器，并用于去斜時(shí)鐘。

下圖顯示了各種時(shí)鐘輸入源與MMCM/PLL之間連接的高層次視圖。在7系列FPGA中，時(shí)鐘輸入允許多個(gè)資源（如紅框所示）提供參考時(shí)鐘給MMCM/PLL。

PLL與MMCM的區(qū)別：

在CMT中，PLL是MMCM功能的一個(gè)子集。PLL主要用于頻率合成，但不支持MMCM的一些高級(jí)功能，如直接連接到HPC（高性能時(shí)鐘）或BUFIO（緩沖器輸入輸出）等。MMCM是7系列FPGA中用于時(shí)鐘管理的核心。簡(jiǎn)單來說PLL適用于較簡(jiǎn)單的時(shí)鐘管理需求，而MMCM提供了更多高級(jí)功能，適用于更復(fù)雜的時(shí)鐘管理場(chǎng)景。其中MMCM支持的附加功能主要包括：

• 使用CLKOUT[0:3]直接連接到HPC或BUFR或BUFIO。
• 反相時(shí)鐘輸出（CLKOUT[0:3]B），即支持差分輸出。
• CLKOUT6（相比PLL多一路輸出）。
• CLKOUT4_CASCADE（級(jí)聯(lián)輸出，允許將一個(gè) MMCM 的輸出連接到另一個(gè) MMCM 的輸入）。
• CLKOUT0_DIVIDE_F的分?jǐn)?shù)分頻（用于進(jìn)行時(shí)鐘頻率合成時(shí)的分?jǐn)?shù)分頻，非整數(shù)倍時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì)有用）
• CLKFBOUT_MULT_F的分?jǐn)?shù)倍頻（用于進(jìn)行時(shí)鐘頻率合成時(shí)的倍頻設(shè)置）
• 微調(diào)相移
• 動(dòng)態(tài)相移
  PLL和MMCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)就不再這里詳述了，大家知道怎么用就足夠了，感興趣的讀者可以參考xilinx原文檔。

Clock IP和原語(yǔ)

怎么使用CMT？工程中可以選擇IP即預(yù)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘管理模塊，也可以選擇原語(yǔ)硬件描述語(yǔ)言（如VHDL或Verilog）中的代碼自定義時(shí)鐘管理。

選用IP使用簡(jiǎn)單，有圖形用戶界面（GUI），可以通過可視化的方式配置參數(shù)，如下圖所示。

選用原語(yǔ)，自定義代碼可以更好地控制硬件資源的利用，減小資源占用。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較豐富的開發(fā)者，使用原語(yǔ)可能更為靈活；而對(duì)于初學(xué)者，使用IP更容易上手。

Clock IP：可選擇MMCM還是PLL

MMCM和PLL 原語(yǔ)

注：

MMCME2_BASE原語(yǔ)提供了對(duì)獨(dú)立MMCM的最常用功能的訪問。時(shí)鐘去斜、頻率合成、粗略相移和占空比編程都可以與MMCME2_BASE一起使用。MMCME2_ADV原語(yǔ)提供對(duì)所有MMCME2_BASE功能的訪問，以及用于時(shí)鐘切換、訪問動(dòng)態(tài)重配置端口（DRP）以及動(dòng)態(tài)精細(xì)相移的額外端口。PLL類似，不再細(xì)述。

實(shí)際用例

xilinx原文檔有描述，在不使用其他原語(yǔ)的情況下，進(jìn)入器件的時(shí)鐘信號(hào)（通過CCIO引腳）只能驅(qū)動(dòng)同一時(shí)鐘區(qū)域內(nèi)的BUFR或BUFIO。如果要驅(qū)動(dòng)其他時(shí)鐘區(qū)域的邏輯則必須使用BUFMR原語(yǔ)，BUFMR原語(yǔ)是一種多區(qū)域時(shí)鐘緩沖器，允許輸入訪問進(jìn)入器件的時(shí)鐘信號(hào)所在時(shí)鐘區(qū)域上方和下方的BUFR和BUFIO。BUFMR可以跨越多個(gè)時(shí)鐘區(qū)域。每個(gè)時(shí)鐘區(qū)域中有兩個(gè)BUFMR。

然而，在某些情況下，我們可以通過經(jīng)過MMCM和BUFG等元素來實(shí)現(xiàn)跨時(shí)鐘區(qū)域的時(shí)鐘分配。BUFMR主要用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)時(shí)鐘區(qū)域的一種特定情況，這是一種確保最小時(shí)鐘偏移和時(shí)鐘抖動(dòng)的方法。因?yàn)樗鼘榭鐣r(shí)鐘區(qū)域提供時(shí)鐘信號(hào)設(shè)計(jì)。

case1：使用BUFMR跨時(shí)鐘區(qū)域

外部時(shí)鐘從MRCC引腳（注：通過BUFMR跨多個(gè)時(shí)鐘區(qū)域時(shí)，只能從MRCC引腳，SRCC引腳為單時(shí)鐘區(qū)域，不過也可以使用GT時(shí)鐘）送至BUFMR原語(yǔ)，然后BUFMR被多個(gè)BUFR或BUFIO驅(qū)動(dòng)的邏輯分組為（最多三個(gè)）子集，每個(gè)子集都有一個(gè)獨(dú)立的BUFR或BUFIO。使用Vivado設(shè)計(jì)工具對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行布局和約束，以便將邏輯分配給各個(gè)BUFR和BUFIO。

case2：使用BUFG和MMCM跨時(shí)鐘區(qū)域

外部時(shí)鐘從CCIO引腳（MRCC或SRCC）送至BUFG（單端時(shí)鐘）或IBUFGDS（差分時(shí)鐘），經(jīng)過MMCM合成消抖后再連至BUFG，此時(shí)BUFG輸出時(shí)鐘則是全局時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了跨時(shí)鐘區(qū)域的時(shí)鐘分配。