【Vivado那些事儿】动态时钟的使用

news2024/11/20 12:19:18

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的驱动和其他 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。

然而，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：

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"

#include "xclk_wiz.h"

XClk_Wiz ClkWiz_Dynamic;
XClk_Wiz_Config *CfgPtr_Dynamic;

#define XCLK_WIZARD_DEVICE_ID  XPAR_CLK_WIZ_0_DEVICE_ID
#define XCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET 0x0000025C
#define CLK_LOCK   1

int main()
{
    init_platform();
    int Status;
    print("Hello World\n\r");

    CfgPtr_Dynamic = XClk_Wiz_LookupConfig(XCLK_WIZARD_DEVICE_ID);
 XClk_Wiz_CfgInitialize(&ClkWiz_Dynamic, CfgPtr_Dynamic,     
                        CfgPtr_Dynamic->BaseAddr);

 while(1){
  XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr, 
                    XCLK_WIZ_REG25_OFFSET, 0);
  XClk_Wiz_SetRate(&ClkWiz_Dynamic, 10);
  XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr, 
                     XCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET,   
                    (XCLK_WIZ_RECONFIG_LOAD | 
                    XCLK_WIZ_RECONFIG_SADDR));
  Status = XClk_Wiz_WaitForLock(&ClkWiz_Dynamic);
  usleep(10000000);
  XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr, 
                    XCLK_WIZ_REG25_OFFSET, 0);
  XClk_Wiz_SetRate(&ClkWiz_Dynamic, 14);
  XClk_Wiz_WriteReg(CfgPtr_Dynamic->BaseAddr, 
             XCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET, 
            (XCLK_WIZ_RECONFIG_LOAD |    
            XCLK_WIZ_RECONFIG_SADDR));
  Status = XClk_Wiz_WaitForLock(&ClkWiz_Dynamic);
  usleep(10000000);
 }
    cleanup_platform();
    return 0;
}

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。