クロックの配線、ルート、および分配 - 2023.2 日本語

FPGA および SoC 用 UltraFast 設計手法ガイド (UG949)

Document ID
UG949
Release Date
2023-11-29
Version
2023.2 日本語

UltraScale デバイスのクロッキング機能とデザインのクロッキングの使用を正しく理解するには、クロック配線で専用配線リソースがどのように使用されるかを知っておくことが重要です。

  • クロック バッファーからクロック ルートまでは、クロック信号は垂直方向配線および水平方向配線の 1 つまたは複数セグメントを通過します。各セグメントは、同じトラック ID (0 ~ 23) を使用する必要があります。
  • クロック ルートでは、クロック信号が配線トラックから同じトラック ID の分配トラックに遷移します。クロック ルートは通常、スキューを削減するため、クロック ウィンドウの中央に配置されているクロック領域にあります。クロック ウィンドウは、クロック ネットのロードが配置されるクロック領域すべてを含む長方形のエリアです。スキュー最適化の理由から、Vivado IDE によりクロック ルートが中心からずらされることがあります。
  • クロック信号は、クロック ルートからロードが配置されている CLB 列に向かって、まず垂直方向 (必要に応じてデバイスの上下両方の方向) に分配された後、水平方向 (必要に応じてデバイスの左右両方の方向) に分配されます。
  • CLB 列は、水平方向分配リソースの上下にある 2 つの半分に分割されます。CLB 列の半分にはそれぞれ、水平方向の分配トラックのいずれかで到達可能な複数の最下位クロック配線リソースが含まれます。

場合によっては、クロック バッファーでクロック分配トラックを直接駆動できます。これは通常、クロック ルートがクロック バッファーと同じクロック領域にある場合、またはクロック バッファーがクロック以外のピン (ファンアウトの大きいネットなど) のみを駆動する場合に発生します。

クロック配線リソースはセグメントに分割されるので、クロック領域を横切るため、またはクロック領域のロードに到達するために使用される配線セグメントおよび分配セグメントのみが消費されます。

次の図は、クロック領域 X2Y1 にあるクロック バッファーがクロック ウィンドウ (長方形で囲まれた X1Y3 から X5Y5 のクロック領域) 内にあるロードに到達するところを示しています。

図 1. UltraScale デバイスでのドライバーからロードまでのクロック配線

次の図の配線済みデバイス表示は、デバイスのほぼ全体に分配されるグローバル クロックの例を示しています。ネットワークを駆動するクロック バッファーは、クロック領域 X2Y0 に青色で示されており、そのクロック領域内の横方向配線を駆動しています。この後ネットは水平方向配線からクロック領域 X2Y0 の垂直方向配線に遷移し、クロック領域 X2Y5 のクロック ルートに到達します。すべてのクロック配線は青色で示されています。クロック ルートは、クロック領域 X2Y5 に赤色で示されています。X2Y5 のクロック ルートからは、ネットが垂直分配に遷移した後、水平方向分配に遷移し、クロックの最下位ピンに到達します。分配レイヤーと CLB 列の最下位クロック配線リソースは、赤色で示されています。

図 2. 配線済みクロック ネットワークを示す [Device] ウィンドウ