作者：Eugen Krassin，萊迪思教育能力中心（LEC2）的總裁兼創(chuàng )始人
LEC2 Workbench系列技術(shù)博文主要關(guān)注萊迪思產(chǎn)品的應用開(kāi)發(fā)問(wèn)題。這些文章由萊迪思教育能力中心（LEC2）的FPGA設計專(zhuān)家撰寫(xiě)。LEC2是專(zhuān)門(mén)針對萊迪思屢獲殊榮的低功耗FPGA和解決方案集合的全球官方培訓服務(wù)供應商。 萊迪思CrossLink-NX FPGA擁有豐富的特性，可加速實(shí)現高速和低速接口。本文（系列博文的第一篇）描述了使用CrossLink-NX FPGA連接基于SPI的外部組件。第一篇博文介紹了使用兩個(gè)時(shí)鐘域實(shí)現連接DAC（亞德諾半導體公司的AD7303 DAC）的SPI接口。第二篇博文將介紹使用單個(gè)時(shí)鐘域實(shí)現連接ADC（亞德諾半導體公司的 ADC AD7476）的SPI接口。兩個(gè)案例中呈現了兩種截然不同的實(shí)現接口的方法。 兩個(gè)時(shí)鐘域的實(shí)現方案（dac_2c） 亞德諾半導體公司（ADI）的AD7303模塊用作外部DAC。圖1顯示了接口的時(shí)序圖和時(shí)序參數。在本例中，SCLK頻率為30 MHz。時(shí)序參數t4、t5和t6在時(shí)序約束規范時(shí)尤其需要關(guān)注，它們將在set_output_delay約束中使用。
圖1：時(shí)序圖和時(shí)序特征 兩個(gè)時(shí)鐘域解決方案的實(shí)現如圖2所示。
圖2：兩個(gè)時(shí)鐘域SPI接口的實(shí)現 使用的參數： 輸入時(shí)鐘頻率：100 MHZ 內部時(shí)鐘CLK_120頻率：120 MHZ 內部時(shí)鐘CLK_30頻率：30 MHZ 生成的時(shí)鐘dac_sck：30 MHZ PLL_120_30 PLL從外部時(shí)鐘CLK（100 MHz）生成兩個(gè)內部相位同步時(shí)鐘CLK_120和CLK_30。 dac_sample_gen模塊 dac_sample_gen模塊為dac_fsm生成采樣信號（轉換）。采樣信號開(kāi)始向DAC傳輸數字數據。采樣率通過(guò)sample_select [1:0]信號設置，如表1所示。dac_sample_gen的框圖如圖3所示。 表1：采樣率設置
圖3：dac_sample_gen的框圖 mode_select控制信號控制方波信號或三角波信號的生成，作為DAC的輸入數據。 sync_stage模塊 dac_sample_gen模塊與CLK_120一起工作�？刂茊卧猟ac_fsm是CLK_30域的一部分。sync_stage模塊將轉換信號從CLK_120域傳輸到CLK_30域。來(lái)自dac_fsm的相應信號從CLK_30域傳輸到CLK_120。sync_stage的框圖如圖4所示。
圖4：sync_stage的框圖 dac_fsm模塊用于雙時(shí)鐘實(shí)現方案 dac_fsm模塊控制生成傳輸到DAC的控制/數據信號。為了遵循圖1給出的t4、t5和t6的值，dac_fsm在CLK_30的下降沿工作。Dac_fsm作為狀態(tài)機實(shí)現。
圖5：控制結構dac_fsm狀態(tài)機 轉換信號被識別后，bit_count計數器加載值15。串行數據在時(shí)鐘信號CLK_30的下降沿輸出到dac_sdata上。傳輸16位數據后，dac_fsm再次發(fā)出就緒信號并等待下一個(gè)轉換信號。 約束兩個(gè)時(shí)鐘域解決方案的設計 1. 約束時(shí)鐘CLK
2. 約束時(shí)鐘CLK_120和CLK_30 無(wú)需明確定義CLK_120和CLK_30這兩個(gè)時(shí)鐘信號，因為它們會(huì )由設計軟件自動(dòng)定義。這兩個(gè)時(shí)鐘也稱(chēng)為自動(dòng)生成時(shí)鐘。
3. 約束dac_clk 連接到端口dac_sck的時(shí)鐘信號是內部時(shí)鐘CLK_30的副本。該信號被外部DAC解讀為時(shí)鐘。因此，該信號也必須被定義為時(shí)鐘，便于正確描述t4、t5和t6的時(shí)間要求。該時(shí)鐘即所謂的手動(dòng)生成時(shí)鐘。
4. 約束DAS輸入/FPGA輸出 時(shí)間值t4、t5和t6描述了外部模塊的setup/hold要求。這些要求使用 set_output_delay約束進(jìn)行描述。
運行兩個(gè)時(shí)鐘域解決方案的時(shí)序分析 時(shí)序分析報告顯示了兩個(gè)時(shí)鐘信號CLK_120和CLK_30之間的關(guān)系。
注意CLK_120和CLK_30的跨時(shí)鐘域參數，反之亦然。這正是我們所期望的。 對輸出信號dac_sync和dac_sdata的分析展示了基于set_output_delay約束實(shí)現的setup slack和hold slack。
總結 總之，兩個(gè)時(shí)鐘域提供了一些功耗方面的優(yōu)勢，因為設計的一部分以較低的速度運行。此外，時(shí)序約束也很容易指定。該項目（dac_2c）可在LEC2索取。欲獲取項目副本，請通過(guò)info@lec2-fpga.com與我們聯(lián)系。 我們將在下一篇文章中探討單個(gè)時(shí)鐘域的方法。 |
