基于Virtex-5的音视频监视系统设计

　　核生成与IP集成

　　用CORE Generator生成核并且集成知识产权模块的任务可能很棘手。

　　Virtex—5支持可以用CORE Generator工具生成的时钟控制模块的各种配置。其中包括若干滤波器时钟抖动PLL、一个具有滤波器时钟抖动功能的PLL-DCM对、一个具有输出双倍数据速率(ODDR)的PLL-DCM对或DCM、一个标准型相移时钟DCM和若干动态时钟切换PLL。

　　要生成PLL，首先需要了解输入是单端的还是差分的(示例设计中都是单端的)。然后，必须确定时钟抖动是否适宜(在我们的示例中是120皮秒)，以及是否使用了全局缓冲器来缓冲所有输出。

　　每个PLL最多可生成6个不同频率的时钟。在我们的示例中，设计需要4个200MHz的系统时钟和1个19.048MHz或39.096MHz的音频采集时钟。

　　为了使用ODDR触发器在源同步输出中驱动时钟，我们实现了一个DCM，用于驱动ODDR触发器来实现随路时钟控制。此DCM与我们用来进行内部时钟控制的DCM并行运行。

　　我们用CORE Generator生成了ASYCNFIFO或BlockRAM，并且用嵌入式微处理器核上的中断逻辑来支持ECC，以完成数据错误检测。

　　在生成PCIExpress核时，我们必须确保参考时钟具有与PC主板上的PCIExpress插槽输出相同的性能(即100MHz)。另外，我们还需要确定该核需要多少基址寄存器(BAR)，以及BAR是存储器映射还是I/O映射。我们为地址解码使用了BAR监视器，这可以帮助生成BAR命中点。

　　在设计PCIExpress与系统局部总线之间的桥接器时，我们使用了BAR(起存储器或I/O区域芯片选择的作用)来访问存储器映射或I/O映射的寄存器或BlockRAM，确保该核及总线能正确访问所有寄存器或BlockRAM。

　　如果上述任何点未命中，则主机PC在尝试传递和执行读事务时就不会得到任何响应。主机PC会进入未知的状态，或者产生无法恢复的错误。

　　对于IP集成，必须为各FPGA分别使用一个时钟复位模块。异步复位必须与每个时钟都同步，无论是全局时钟还是区域时钟。就内部而言，复位信号是相对于特定的时钟而异步有效置位和同步无效置位，而其输出则施加到各时钟所属的特定模块。需要确保已经将所有全局输入时钟连接到用CoreGen生成的 PLL/DCM核。

　　将区域时钟连接到BUFR/BUFIO。另外，为了避免布局布线工具使用不必要的布线资源，只能仅生成必要的复位信号。需要确保将PLL/DCM的锁存条件传送给外部引脚或配置寄存器。示例中，我们仅将200MHz系统时钟的PLL锁存器连接到了I/O引脚。

　　因为我们是在用高速源同步输入和输出进行设计，所以Virtex-5的逐位去歪斜功能帮助我们在输入和输出级满足建立和保持要求，逐位去歪斜功能内置于所有I/O模块(10DELAY基元)。对于源同步输入，源同步时钟使用BUFIO或BUFR，因此会引入附加延迟。为了补偿此延迟，我们通过一个IODELAY实例来驱动数据和时钟输入，该实例是按照具有已知延迟计数的输入延迟模式配置的。我们通过修改延迟计数值来帮助满足输入级的时序要求。

　　输出级的情况与此相似。因为同步时钟信号是随数据传送，我们需要确保数据和时钟信号的传送方式能满足FPGA或ASIC在另一端的建立和保持要求。对于时钟和数据输出，我们都使用了按照具有已知延迟计数值的输出延迟模式配置的IODELAY实例。

 　　时序考虑事项和约束定义

　　生成并实现IP之后，下一步是执行时序。我们对所有输入时钟的周期、抖动和输入偏移延迟进行了约束，并且设置了相对于源时钟的所有输出延迟和输入对输出的延迟。然后在用户约束文件(UCF)中建立了时序和布局约束。

　　我们将所有输入时钟约束为特定频率，并且用以下UCF代码定义了抖动输入：

　　NET"i_clk_200_s"TNM_NET="IN_200_CLKGRP"；TIMESPEC"IN_200_CLKGRP"=PERIOD5nsHIGH50％INPUT_JITTER0.1ns

　　对于源同步数据，在SDR的情况下，我们可以将输入时钟设置为0度相移或180度相移，而在DDR的情况下可以将其设置为90度相移。图2所示为时钟在90度相移时的源同步DDR数据输入时序。

　　对于PCIExpress核和千兆位以太网MAC核上的时序约束，我们按照CORE Generator示例中的定义对Block RAM和PLL/DCM使用了所有时序和布局约束。

　　因为许多Virtex—5设计都使用多个异步时钟，所以我们必须在设计中定义伪通路，以使这些时钟不受影响。

　　布局布线后的时序分析和时序校正

　　对设计进行布局布线后，我们运行了静态时序分析(STA)和时序仿真，以了解是否存在其他时序错误。对于STA，我们确保时序报告涵盖了有约束和无约束的全部通路。通过使用STA报告，我们可以鉴定输入/输出时序和内部系统时序。

　　事实证明，基于Virtex—5的FPGA非常适合我们的视频监视系统的要求。区域时钟缓冲器和I/O时钟缓冲器使我们能够支持多信道源同步音视频输入。而且，该器件的PCI Express和千兆位以太网MAc硬宏为我们提供了进行远程监视所需的全球连接能力。

　　在未来的设计工作中，我们将可依靠前期规划来确保有效使用特定FPGA的可用资源，设计出具有附加价值的产品。