【FPGA】Spartan-6的时钟管理器（CMT）之数字时钟管理器（DCM）

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时钟管理器（CMT）

DCM（digital clock manager）

组成结构

DCM原语

时钟管理器（CMT）

Spartan-6 CMT是一个灵活、高性能的时钟管理模块。它位于芯片中央、垂直的全局时钟网络旁。如图2-17所示，它包含一个PLL和两个DCM。

图2-17 Spartan-6 FPGA CMT片内布局图

DCM（digital clock manager）

组成结构

Spartan-6中的DCM，如图2-18所示，由4部分组成。

图2-18 DCM 功能结构图

(1) 延时锁相环（DLL）。

DLL 延时锁相环可以根据输入时钟去除DCM 的输出时钟歪斜，以完全消除时钟分布延迟。其原理是将时钟输入（CLKIN）与一个反馈输入（CLKFB）进行比较，然后控制延迟线选择器，通过在DLL 路径中加入合适的延迟直到CLKIN 与CLKFB 重合。

DLL 输入时钟是CLKIN 和CLKFB，输出时钟信号是CLK0、CLK90、CLK180、CLK270、CLK2X、CLK2X180 和CLKDV。

(2) 数字频率综合器（DFS）。

DFS有两个用户寄存器，用来设置相对于输入时钟（CLKIN）倍频（CLKFX_MULTIPLY）和分频（CLKFX_DIVID）系数。DFS可以单独使用，还可以和DLL一起配合使用；如果DFS不和DLL一起使用，CLKIN和DFS输出之间没有对应的相位关系。DFS的输出为CLKFX和CLKFX180。

(3) 相移单元（PS）。

相移单元PS的输入信号有PSINCDEC、PSEN和PSCLK，输出信号为PSDONE和STATUS[0]。相移模式包括固定相移和可变相移。

固定相移是指DCM的9个时钟的相位输出，通常是输入时钟周期的若干分之一，固定相移值在设计中设定并在FPGA配置时载入FPGA。

除了固定相移，PS还支持可变相移，根据系统要求，通过数字接口（PSINCDEC、PSEN和PSCLK）动态改变相移。每次动态改变的相移值为DCM_DELAY_STEP，DCM_DELAY_STEP对应的范围可参考《Spartan-6数据手册》。

(4) 状态逻辑。

状态逻辑反映DCM的状态，对应两个输出信号LOCKED和STATUS[0]。

DCM原语

如图2-19所示，主要有2个DCM的原语调用，DCM_SP和DCM_CLKGEN。

图2-19 DCM原语

DCM_SP提供DCM的传统特性：时钟DESKEW、频率综合和固定及可变相移。

DCM_SP所有的属性都是在设计时确定，上电配置的时候编程到FPGA，除了动态相移功能外，所有的属性在运行时是不可以更改的。

DCM_CLKGEN提供了如下更多的DFS性能。

低抖动的CLKFX和CLKFX180输出。提高了输入时钟CLKIN的抖动容限。支持M和D的动态编程，动态设置CLKFX_MULTIPLY和CLKFX_DIVIDE。CLKFX_MULTIPLY和CLKFX_DIVIDE属性值范围更大。当输入时钟丢失时，自激振荡器工作。具有扩频功能。

在设计中特别要注意DCM_SP和DCM_CLKGEN的特性和参数，请参考《Spartan-6 时钟资源用户手册》。