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_WizClkWiz_Dynamic;XClk_Wiz_Config*CfgPtr_Dynamic;#defineXCLK_WIZARD_DEVICE_IDXPAR_CLK_WIZ_0_DEVICE_ID#defineXCLK_US_WIZ_RECONFIG_OFFSET0x0000025C#defineCLK_LOCK1intmain(){init_platform();intStatus;print("HelloWorld\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();return0;}
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。
参考文献
❝/qq_31799983/article/details/109407898
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❝/post/microzed-chronicles-dynamic-clocking
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❝/r/en-US/pg065-clk-wiz
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