调用分频器IP核-基于Vivado与VerilogHDL

为了验证刚刚定制的分频器IP 核功能是否正确，能否成功添加进入Vivado IP 核资源库目录，下面以一个简单调用分频器IP 的应用实例，证明用户自定义IP 核真实有效。

1. 设计任务

本示例的主要任务是基于IP 核设计思想，完成对一个基准时钟信号CLK，分频输出3 个不同频率信号，其中分频比分别为2、10 和20，任务如图4.72 所示。

设计思路是调用【代码4.10】生成的IP 核，通过修改R 参数值，即可实现相应分频系数的信号输出。

图4.72　设计任务框图

2. 实现过程

（1）新建工程。

打开Vivado 软件，新建一个名为“fenpinqi_call”的工程，单击“Next”，在器件型号选择界面选中“xc7z020clg484-1”的FPGA，完成工程建立。

（2）设置调用自定义IP 核路径。

Vivado IP 核资源管理器中默认只包含了软件自带的IP 库，用户自定义的IP 库需要添加路径设置，才能在IP Catalog 目录中查询调用。

在 Vivado 左侧的“Flow Navigator”项目设计流程管理窗口，单击【PROJECT MANAGER】→【Settings】，弹出工程属性设置对话框，如图4.73 所示。单击【Project Settings】→【IP】→【Repository】，进入IP 资源库添加对话框，通过添加IP 核所在目录（一个路径），就能添加IP 目录到存储库列表中。

图4.73　“Settings”工程属性设置对话框

在图4.73 中单击窗口中部的按钮，弹出“IP Repositories”添加（add）路径选择对话框，如图4.74 所示。找到已定制的IP 核存放路径，此处分频器IP 核工程路径为“E：\xilinx_project\V_book_exp\fenpinqi_ip”，选中工程文件夹名“fenpinqi_ip”即可，然后单击“Select”，弹出“Add Repository”对话框，如图4.75 所示。

图4.74　指定IP 核所在工程路径

在图4.75 中，如果指定路径中包含已定义的IP，此时会自动显示出来，如图中显示指定路径中包含1 个IP 核，名称是“fenpinqi_v1_0”，说明路径设置正确。单击“OK”，完成路径添加，结果如图4.73 所示，然后单击“OK”。

此时，在Vivado 左侧的“Flow Navigator”项目设计流程管理窗口，单击【PROJECT MANAGER】→【IP Catalog】，弹出IP 资源管理器窗口，在库列表中除了Vivado Repository IP 资源外，自动显示添加成功的自定义IP 目录“User Repository”→“HYG_IP_LIB”→“fenpinqi_v1_0”，如图4.76 所示，表明自定义IP 核成功添加到Vivado IP 核管理器中。

图4.75　Add Repository 提示对话框

（3）创建Block 设计文件。

此处采用图形设计方法，调用分频器IP 核，完成设计任务。

执行【IP INTEGRATOR】→【Create Block Design】选项，可采用默认文件名（design_1）创建图形设计文件。

图4.76　自定义IP 核目录添加成功

（4）调用3 个分频器IP 核。

在Diagram 图形编辑窗口中单击工具栏中按钮，打开IP 核资源库管理器，在“Search”查询对话框中，输入“fenpinqi”或“fe”时，在列表中就会显示“fenpinqi_v1_0”，如图4.77 所示，双击添加到原理图设计文件中，其元件外观如图4.78 所示。

双击调出的“fenpinqi_v1_0”IP 核元件符号，弹出如图4.79 所示的对话框，进行参数设置。

在该对话框中，不难发现，只有一个参数R 需要设置，其取值范围1～100 000 000正是在定义IP 核时设定的，根据分频器定义源文件中R 参数代表的是分频比系数的一半，默认值为1，即实现分频系数为2 倍分频，刚好满足设计任务中的一个信号输出。因此，这个IP 核参数保持默认即可，单击“OK”，完成IP 核参数设置。

图4.77　调用“fenpinqi_v1_0”IP 核　　　　　　　

图4.78　分频器IP 元件

(https://www.xing528.com)

图4.79　分频器IP 核参数设置对话框

如法炮制，重复再调用2 个分频器IP 核，分别设置R 取值为5 和10，即完成10 倍分频和20 倍分频。在原理图中，也可以采用复制粘贴的方法完成对同一个IP 元件的重复调用。

（5）绘制原理图。

根据设计任务框图，采用原理图绘制导线、添加端口和更改端口名的方法，完成如图4.80 所示效果的原理图绘制。其中，CLK 是基准时钟输入端口；CLK_2 代表是2 分频输出端口；CLK_10 代表是10 倍分频输出端口；CLK_20 代表是20 倍分频输出端口；3个分频器IP 核的元件名依次更改为“fenpinqi_2”“fenpinqi_10”和“fenpinqi_20”，保存文件并做有效性检测。

（6）生成设计输出文件。

在Vivado 设计界面的BLOCK DESIGN 窗口中，右键单击【Sources】→【Design Sources】→“design_1”文件，弹出浮动菜单，执行“Generate Output Products…”，在弹出的“Generate Output Products”对话框中，单击“Generate”，在弹出的生成结果信息提示框中，单击“OK”。

图4.80　顶层设计原理图

（7）生成“design_1_wrapper.v”顶层文件。

再次右键单击【Sources】→【Design Sources】→“design_1”文件，弹出浮动菜单，执行“Create HDL Wrapper…”选项，在弹出的“Create HDL Wrapper”对话框中，选择“Let Vivado manage wrapper and auto-update”，保持默认设置，单击“OK”。

此时，在工程设计源文件目录中，生成了“design_1_wrapper.v”，见【代码4.11】。

【代码4.11】design_1_wrapper.v

（8）设计综合。

在Vivado 左侧的“Flow Navigator”项目设计流程管理窗口，找到【SYNTHESIS】→【Run Synthesis】并单击，或在工具栏上单击图标，在下拉菜单中选择【Run Synthesis】，启动运行设计综合。

综合完成后单击【RTL ANALYSIS】→【Open Elaborated Design】→【Schematic】，打开“Schematic”网表结构如图4.81 所示。

在图4.81 中，主要是由“design_1_i”元件和输入、输出缓冲器构成。其中，“design_1_i”元件符号上有号，可以将鼠标移动到号上，此时将会变为双箭头，表示此元件可以展开，查看调用底层设计结构情况，单击号后弹出如图4.82 所示的“design_1_i”模块内部结构。

在图4.82 中可看出，“design_1_i”模块由3 个IP 核构成，同理，每一个IP 核元件符号左上角都有号，说明都可以单击鼠标再次展开，进一步观看IP 核的内部结构，单击展开其中的“fenpinqi_2”元件，会出现如图4.83 所示的电路结构。

图4.81　顶层设计RTL 网表结构

图4.82　design_1_i 模块内部结构

图4.83　展开“fenpinqi_2”的电路结构

同理，在“fenpinqi_2”内部的“inst”元件还可以继续查看最底层电路结构，这充分体现了基于Verilog HDL 是自顶向下的设计思想。

（9）仿真测试。

参考【代码4.12】编写Testbench 激励代码，对刚刚生成的“design_1_wrapper.v”进行测试。

【代码4.12】design_1_wrapper.v 仿真测试代码

保存仿真测试文件，单击工程管理器界面的【SIMULATION】→【Run Simulation】→【Run Behavioral Simultaion】，启动行为仿真，仿真结果如图4.84 所示。

图4.84　仿真波形

从仿真波形中可以看出，分别输出了基准时钟2 分频、10 分频和20 分频的3 个不同频率信号，说明IP 核设计正确，能被正确调用，实现相应功能。