FPGA中IOB寄存器的使用心得

　　IOB寄存器跟通信有关的设计中多会用到，今天查了相关资料，总结如下：

　　首先了解一下fpga的芯片内部结构：

　　一个fpga主要是由可编程输入输出单元（图中的IOB模块），可编程逻辑单元（CLB模块），块RAM（图中的BRAM，也属于内嵌硬件），数字时钟管理（DCM，也属于内嵌硬件），还有一些内嵌的专用的硬件模块（DSP），IOB寄存器就在图中的IOB模块中。

　　IOB 的内部结构如下：

　　IOB单元简称IO单元，是芯片与外部器件的接口部分，用于完成不同电气特性下对输入输出信号的的驱动和匹配要求。目IO口的频率越来越高，一些高端的fpga通过DDR技术可使数据率达到Gb/s.

　　在 这里多提一点：李老师提到，IOB多用在高速数据采样的时候，对一些很难采的信号要通过连接IOB寄存器（在UCF文件中约束）。在赛灵思系列FPGA 的IOB 中分别有输入和输出寄存器。如果将设计中的第一级寄存器或最后一级寄存器用IOB 内部寄存器实现，那么就可以缩短IO 引脚到寄存器之间的路径（理解这句话是关键，我的理解是：若输入输出不连IOB寄存器，则代码修改后（但逻辑功能相同）每次的布局布线后，输入输出信号会 被连在不同的内部寄存器上，这样输入信号进入第一级寄存器的布线延迟就会每次都不同，这样有可能在高速信号采集的时候不能正确采样，因为布线延迟会导致建 立或保持时间不满足；如果在UCF文件中使用IOB寄存器，则不管代码如何修改，输入信号进入fpga内部都是被第一级的IOB寄存器采样，更能满足采样 条件），这通常可以缩短大约1~2ns 的传输时延。

　　但是在使用UCF文件约束IOB寄存器时，首先，有一些限制。对于输入寄存器在从管脚到寄存器间不能有组合逻辑存在。对于输出寄存器，在寄存器和管脚之间也不能有组合逻辑存在（也就是信号在输入输出之前在代码设计中都要干干净净打一拍）。对 于三态输出，在IOB中的所有的寄存器必须使用同一个时钟信号和复位信号，而且IOB三态寄存器必须低电平有效才能放到IOB中（三态缓冲器低电平有效， 所以在寄存器和三态缓冲器之间不需要一个反相器）。必须使软件能够选用IOB寄存器，可以设置全局实现选项：为输入、输出或输入输出选择IOB寄存器。缺 省值为关 off。

　　你也可在综合工具或在用户约束文件UCF中设定，使得能够使用IOB寄存器。句法为： INST IOB = TRUE;

　　下边是一网友的的例子：我想大家都应该知道IOB packing的概念吧，就是把寄存器放置到IOB内，这样寄存器数据可以直接从PAD输出，和FPGA内部SLICE实现相比，减少了布线延迟，提高了性能。