IOBUF的用法

francis zhang 在 周二, 02/28/2023 - 11:30 提交

作者：WenGalois123

本文转载自：https://www.cnblogs.com/WenGalois123/p/16300448.html 

IOBUF这个原语在Xilinx的原语手册有说明，主要作为三态端口使用，作用是把FPGA内部三态信号与外部的双向信号连接。对于UltraScale系列芯片说明文档为：ug974-vivado-ultrascale-libraries.pdf，对于Z7系列芯片说明文档为：ug953-vivado-7series-libraries.pdf。可自行到xilinx官网下载。笔者粗略对比两文档中的IOBUF原语，发现差别不大，Z7多了些参数设置，大多情况默认即可。下面为UltraScale文档IOBUF部分说明：

IOBUF-1.png

根据上述大段的英文介绍笔者大概了解关键信息：当信号T为1时，IOBUF作为输入；T为0时IOBUF作为输出。

实际使用时，方向引脚对应T，代码模块输出对应IOBUF的I，代码块输入对应IOBUF的O。需要注意代码块的引脚方向信号必须是1为输入，0为输出，IOBUF的IO脚直接连FPGA引脚。

UltraScale官方代码如下：

// IOBUF: Input/Output Buffer
// UltraScale
// Xilinx HDL Language Template, version 2020.1
IOBUF IOBUF_inst (
.O(O), // 1-bit output: Buffer output
.I(I), // 1-bit input: Buffer input
.IO(IO), // 1-bit inout: Buffer inout (connect directly to top-level port)
.T(T) // 1-bit input: 3-state enable input
);
// End of IOBUF_inst instantiation

Z7官方代码如下：

// IOBUF: Single-ended Bi-directional Buffer
// All devices
// Xilinx HDL Language Template, version 2020.1
IOBUF #(
.DRIVE(12), // Specify the output drive strength
.IBUF_LOW_PWR("TRUE"), // Low Power - "TRUE", High Performance = "FALSE"
.IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the I/O standard
.SLEW("SLOW") // Specify the output slew rate
) IOBUF_inst (
.O(O), // Buffer output
.IO(IO), // Buffer inout port (connect directly to top-level port)
.I(I), // Buffer input
.T(T) // 3-state enable input, high=input, low=output
);
// End of IOBUF_inst instantiation

根据三态门的原理可以通过代码把3态门表示出来，为了不与IOBUF的名称相冲突，该模块改为PIN脚的PIOBUF：

module PIOBUF
    (
        inout        IO  ,
        input        T   ,
        input        I   ,
        output       O
    );

    assign O      = IO;
    assign IO     = ~T ? I : 1'bz;

endmodule
module PIOBUF
    (
        inout        IO  ,
        input        T   ,
        input        I   ,
        output       O
    );

    assign O      = T     ? IO : I;
    assign IO     = ~T    ? I  : 1'bz;

endmodule

以上便是最常见的两种三态门写法，很多双向口都是使用该方法。实际上这两种方式是一样的，assign语句是线型，所以当T为0时，直接把I的值赋给O与先把值赋给IO，IO再赋给O，结果是一样的。

根据Xilinx的IOBUF原语T=0时，I与O信号是连接的特性，可以实现一些接口的小妙用。比如对于音频接口I2S，如果RX与TX作为两个模块，在FPGA作为时钟WCLK，BCLK输出，同时使用数据输出输入时，那么WCLK，BCLK分别使用IOBUF连接可以简单的解决既能发送数据，也能采样接收的数据。也可以在GPIO使用，三态口接IOBUF，输出高低电平时可以通过读取输入得到实际输出状态。

IOBUF-2.png