ZYNQ笔记(二十):Clocking Wizard 动态配置

发布于:2025-05-13 ⋅ 阅读:(14) ⋅ 点赞:(0)

版本:Vivado2020.2(Vitis)

任务:ZYNQ PS端 通过 AXI4Lite 接口配置 Clocking Wizard IP核输出时钟频率

目录

一、介绍

二、寄存器定义

三、配置

四、PS端代码


一、介绍

        Xilinx 的 Clock Wizard IP核 用于在 FPGA 中生成和管理时钟信号。它支持 动态重配置(Dynamic Reconfiguration),允许在运行时通过 AXI4-Lite 接口 或 DRP 接口(这两个接口都是在配置IP核时的可选接口) 修改时钟参数(如频率、相位等),而无需重新编程 FPGA。

  • AXI4-Lite 接口:用于软件(如 MicroBlaze/Zynq PS)动态修改时钟参数

  • DRP(Dynamic Reconfiguration Port):硬件接口,直接访问 Clock Wizard 配置寄存器

二、寄存器定义

参考文章:

AMD Technical Information Portal

[小梅哥FPGA] 如何通过动态重配置实现FPGA时钟的实时频率/相位/占空比调整?

如何使用AXI4接口对PLL/MMCM输出时钟的频率和相位进行动态重配置 - Xilinx Vivado 开发板 - 芯路恒电子技术论坛 - Powered by Discuz!

    每个寄存器数据为32位4字节,大部分寄存器地址间隔0x04。

    寄存器名 寄存器地址 功能
    Software Reset Register (SRR) C_BASEADDR+0X00 写入0x0000_000A可复位PLL/MMCM
    Status Register (SR) C_BASEADDR+0X04 Locked信号,Bit[0] = locked,值为1时代表输出时钟稳定
    Clock Configuration Register 0 C_BASEADDR+0X200 反馈时钟分、倍频控制,value = 系数*1000
    Bit[25:16] = CLKFBOUT_FRAC Multiply(仅MMCM才有,VCO的1/8小数倍频系数)
    Bit[15:8] = CLKFBOUT_MULT(VCO整数倍频系数)
    Bit[7:0] = DIVCLK_DIVIDE(VCO分频系数)
    Clock Configuration Register 1 C_BASEADDR+0X204 反馈时钟相位控制,value = 相位*1000
    Bit[31:0] = CLKFBOUT_PHASE
    Clock Configuration Register 2 C_BASEADDR+0X208 CLKOUT0分频系数,value = 分频系数*1000
    Bit[7:0] = CLKOUT0_DIVIDE
    Bit[17:8] = CLKOUT0_FRAC Divide(仅MMCM才有,CLKOUT0的1/8小数倍频系数)
    Clock Configuration Register 3 C_BASEADDR+0X20C CLKOUT0相位配置,value = 相位*1000
    Bit[31:0] = CLKOUT0_PHASE
    Clock Configuration Register 4 C_BASEADDR+0X210 CLKOUT0占空比配置,value = 占空比*1000
    Bit[31:0] = CLKOUT0_DUTY
    Clock Configuration Register 5 C_BASEADDR+0X214 CLKOUT1分频系数,不支持小数分频,value = 分频系数*1000
    Bit[7:0] = CLKOUT1_DIVIDE

    ......

    ......

    ......

    Clock Configuration Register 23 C_BASEADDR+0X25C Bit[0] = LOAD, 置 1 加载配置寄存器的值到内部寄存器,并在下一周期置0
    Bit[1] = SADDR, 写 0 将默认 GUI 中的参数加载到动态配置中;
                            写 1 将配置寄存器参数加载到动态配置中

    三、配置

            本次通过 ZYNQ PS 端进行配置, Clocking Wizard 配置如下:MMCM、勾选动态配置(频率配置)、AXI4Lite 接口(PS 通过该接口配置)、输入频率100MHz(根据实际频率设置)

    四、PS端代码

            参考的正点原子的代码,并他的基础上进行修改,因为源码实现只有一个输出时钟端口的 clk_wiz 的频率配置,修改为有两个时钟输出端口的 clk_wiz 频率配置,(但是我发现正点原子的小数部分设置没有除以8,我测试输出时钟输入给 DVI 转化模块驱动 HDMI 时,除以8后才对上时序频率,显示屏才出现图像,但是正点原子的驱动 LCD 的例程都没有除以8,可能存在精度问题,希望有搞清楚的可以在评论区补充一下)

    clk_wiz.h:

    #ifndef CLK_WIZ_H_
    #define CLK_WIZ_H_
    
    #include "xil_types.h"
    
    #define CLK_SR_OFFSET    0x04    //Status Register
    
    //clk_out0
    #define CLK_CFG0_OFFSET  0x200   //Clock Configuration Register 0
    #define CLK_CFG2_OFFSET  0x208   //Clock Configuration Register 2
    
    //clk_out1
    #define CLK_CFG5_OFFSET  0x214   //Clock Configuration Register 5
    #define CLK_CFG7_OFFSET  0x222   //Clock Configuration Register 7
    
    #define CLK_CFG23_OFFSET 0x25C   //Clock Configuration Register 23
    
    void clk_wiz_cfg(u32 clk_device_id, double freq0, double freq1);
    
    #endif /* CLK_WIZ_H_ */

    clk_wiz.c

    #include "xclk_wiz.h"
    #include "clk_wiz.h"
    #include "xparameters.h"
    
    #define CLK_WIZ_IN_FREQ 100  //时钟IP核输入100Mhz
    
    XClk_Wiz clk_wiz_inst;       //时钟IP核驱动实例
    
    //时钟IP核动态重配置
    //参数1:时钟IP核的器件ID
    //参数2:时钟IP核输出的时钟0频率 单位:MHz
    //参数3:时钟IP核输出的时钟1频率 单位:MHz
    void clk_wiz_cfg(u32 clk_device_id, double freq0, double freq1)
    {
    	double div_factor = 0;
    	u32 div_factor_int = 0;
    	u32 dviv_factor_frac = 0;
    	u32 clk_divide = 0;
    	u32 status = 0;
    
    	//初始化XCLK_Wiz
    	XClk_Wiz_Config *clk_cfg_ptr;
    	clk_cfg_ptr = XClk_Wiz_LookupConfig(clk_device_id);
    	XClk_Wiz_CfgInitialize(&clk_wiz_inst,clk_cfg_ptr,clk_cfg_ptr->BaseAddr);
    
    	//配置输入时钟倍频/分频系数(多个时钟输出就只用配置一次,后面都用这一个标准进行分配输出)
    	XClk_Wiz_WriteReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr,CLK_CFG0_OFFSET,0x00000a01);  //10倍频,1分频(输出频率不能超过(CLK_WIZ_IN_FREQ*10/1)MHz)
    
    	//配置输出时钟0频率
    	if(freq0 <= 0){
    		//计算分频系数
    		div_factor 			= CLK_WIZ_IN_FREQ * 10 / freq0;
    		div_factor_int 		= (u32)div_factor;								  //(取整)分频系数整数部分
    		dviv_factor_frac 	= (u32)((div_factor - div_factor_int) * 1000 /8); //(取整)分频系数小数部分的8分之一(针对mmcm)
    		clk_divide 			= div_factor_int | (dviv_factor_frac<<8);
    		xil_printf("div_factor_0: %d.%d\n", div_factor_int,dviv_factor_frac*8); // 打印设置的分频系数
    		//配置分频系数
    		XClk_Wiz_WriteReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr,CLK_CFG2_OFFSET,clk_divide);
    	}
    
    	//配置输出时钟0频率
    	if(freq1 <= 0){
    		//计算分频系数
    		div_factor 			= CLK_WIZ_IN_FREQ * 10 / freq1;
    		div_factor_int 		= (u32)div_factor;
    		dviv_factor_frac	= (u32)((div_factor - div_factor_int) * 1000 /8);
    		clk_divide 			= div_factor_int | (dviv_factor_frac<<8);
    		xil_printf("div_factor_1: %d.%d\n", div_factor_int,dviv_factor_frac*8); // 打印设置的分频系数
    		//配置分频系数
    		XClk_Wiz_WriteReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr,CLK_CFG7_OFFSET,clk_divide);
    	}
    
    	// 调试(可选):打印当前寄存器值
    	/*xil_printf("After config:\n");
    	xil_printf("CLK_CFG0: 0x%08X\n", XClk_Wiz_ReadReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr, CLK_CFG0_OFFSET));
    	xil_printf("CLK_CFG2: 0x%08X\n", XClk_Wiz_ReadReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr, CLK_CFG2_OFFSET));
    	xil_printf("CLK_CFG5: 0x%08X\n", XClk_Wiz_ReadReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr, CLK_CFG5_OFFSET));
    	xil_printf("CLK_CFG7: 0x%08X\n", XClk_Wiz_ReadReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr, CLK_CFG7_OFFSET));*/
    
    	//加载重配置的参数
    	XClk_Wiz_WriteReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr,CLK_CFG23_OFFSET,0x00000003);
    	//获取时钟IP核的状态,判断是否重配置完成
    	while(1){
    		status = XClk_Wiz_ReadReg(clk_cfg_ptr->BaseAddr,CLK_SR_OFFSET);
    		if(status&0x00000001)    //Bit0 Locked信号
    			return ;
    	}
    }

    函数调用

    #include "xclk_wiz.h"
    #include "clk_wiz.h"
    
    #define CLK_WIZ_ID      XPAR_CLK_WIZ_0_DEVICE_ID    //时钟IP核器件ID
    
    int main()
    {
    	double freq0 = 74.25;
        double freq1 = 371.25;
    
    	//配置时钟IP输出频率(单位MHz)
    	clk_wiz_cfg(CLK_WIZ_ID, freq0 , freq1);
    
    	...
    
    	return 0;
    }

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