作為一個資深的FPGA工作者，相信大家對于IBIS模型并不陌生；IBIS模型在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時節(jié)省時間和降低成本是很關(guān)鍵的。在原型制作之前，系統(tǒng)設(shè)計人員可以用模型來進(jìn)行設(shè)計仿真。在高速系統(tǒng)設(shè)計中正是如此，進(jìn)行信號完整性仿真來分析不同條件下傳輸線中的電路行為，在設(shè)計初期就能預(yù)防并檢測出典型的問題，例如過沖、欠沖、阻抗不匹配、串?dāng)_、地彈等。然而，可用的數(shù)字IC模型非常少。

當(dāng)半導(dǎo)體廠商被索要SPICE模型時，他們并不愿意提供，因為這些模型會包含有專有工藝和電路信息。這個問題已經(jīng)通過采用IBIS模型來(輸入/輸出緩沖器信息規(guī)范)解決。IBIS是一個行為模型，通過V/I和V/T數(shù)據(jù)，描述器件數(shù)字輸入和輸出的電氣特性，而不會泄露任何元器件專有的信息。

FPGA器件作為高靈活度器件，其管腳屬性可以根據(jù)用戶需求自行設(shè)定。FPGA廠商提供一般提供通用IBIS模型，通用IBIS模型文件包含所選系列支持的所有IO標(biāo)準(zhǔn)的模型，模型與具體的芯片封裝以及die的尺寸無關(guān)，通常這類模型為每個可用的IO設(shè)置一個全局RLC參數(shù)。在進(jìn)行少數(shù)幾個信號的原理圖級仿真中，該類IBIS模型是滿足需求的，但是在更進(jìn)一步的PCB仿真中，需要導(dǎo)出自定義的IBIS模型庫。 然而在通用IBIS模型中，管腳不是實際封裝使用管腳，無法直接使用。

今天我們主要來介紹基于Vivado如何導(dǎo)出FPGA的IBIS文件。

1 IBIS文件生成方法 定義管腳的IBIS文件生成有兩種方法。 1）在通用IBIS文件基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯。該方法需要一定的IBIS語法基礎(chǔ)，需要更新IBIS文件中[Package]、[Pin]、[Diff Pin]、[Model Selector]字段內(nèi)容。具體操作方法大家可以參考下面博文內(nèi)容。

Xilinx FPGA IBIS 模型的使用問題，總結(jié)+分析都在這里了~ (qq.com)

2）通過廠商提供軟件自動生成。本篇主要介紹通過vivado 自動生成IBIS軟件過程。該方法需要根據(jù)管腳與網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系編寫XDC文件，涉及4種語法約束。個人感覺更適宜仿真環(huán)境快速搭建，此外軟件中有DRC分析工具，可以幫助檢查芯片原理圖設(shè)計缺陷。 2 Allegro導(dǎo)出管腳映射關(guān)系 本操作從PCB文件中獲得FPGA的管腳映射關(guān)系。 打開已經(jīng)導(dǎo)入網(wǎng)表的brd文件，在快捷欄中點擊Show Element 快捷鍵。

在find 菜單欄中僅勾選Symbols

點擊PCB 中的FPGA Symbol

將會彈出fpga元件相關(guān)信息，其中包含我們需要的管腳與net的映射關(guān)系。

在彈窗中找到 Pin IO information的表格，表格文本信息即是我們需要的PIN與net映射關(guān)系，復(fù)制到管腳信息到外部txt。

本節(jié)導(dǎo)出器件管腳與網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系，需要注意的是如果fpga與外部連接網(wǎng)絡(luò)沒有命名，軟件將自動分配網(wǎng)絡(luò)名。這部分管腳名稱，沒有實際意義不便理解，可根據(jù)需求手動修改。

3 管腳約束/XDC文件生成

本節(jié)內(nèi)容通過上節(jié)得到1對差分信號和一個單端信號為例說明編輯過程。

編寫約束文件僅需要了解四種固定格式即可。 1、設(shè)置管腳到網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系。具體語法格式如下：

set_property PACKAGE_PIN PIN [get_ports {NET}]

將PIN位置替換我們導(dǎo)出文件的管腳名，NET位置填寫對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)名。生成管腳約束示例如下：

set_property PACKAGE_PIN AV20 [get_ports {DDR4_PARITY}]
set_property PACKAGE_PIN AV21 [get_ports {DDR4_DQS5_C}]
set_propertyPACKAGE_PINAV22[get_ports{DDR4_DQS5_T}]

2、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)I/O STANDARD 屬性。具體語法格式例子如下：

set_property IOSTANDARD PIN_STANDRAD [get_ports {NET}]

將PIN_STANDRAD位置替換我們需要的I/O STANDARD標(biāo)準(zhǔn)，NET位置填寫對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)名。生成管腳約束示例如下：

set_property IOSTANDARD SSTL12_DCI [get_ports {DDR4_PARITY}]
set_property IOSTANDARD DIFF_POD12_DCI [get_ports {DDR4_DQS5_C}]
set_propertyIOSTANDARDDIFF_POD12_DCI[get_ports{DDR4_DQS5_T}]

具體電平標(biāo)準(zhǔn)請查閱芯片手冊。 3、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出屬性，具體語法格式如下：

set_property DIRECTION DIR [get_ports {NET}]

將DIR位置替換我們管腳屬性，可以填寫INOUT OUT IN三種,分別對應(yīng)輸入輸出、輸出和輸入；NET位置填寫對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)名。生成管腳約束示例如下：

set_property DIRECTION OUT [get_ports {DDR4_PARITY}]
set_property DIRECTION INOUT [get_ports {DDR4_DQS5_C}]
set_propertyDIRECTIONINOUT[get_ports{DDR4_DQS5_T}]

4、設(shè)置管腳差分關(guān)系。具體語法格式如下：

make_diff_pair_ports NET1 NET2

將NET1 NET2位置填寫對應(yīng)差分對的網(wǎng)絡(luò)名。生成管腳約束示例如下：

make_diff_pair_ports DDR4_DQS5_T DDR4_DQS5_C

按照例子，對我們需要關(guān)注的管腳編寫約束文件，并將文件保存為.xdc格式，我這里保存是ddr_pin.xdc。

此過程流程操作流程相對簡單死板，推薦根據(jù)自己網(wǎng)絡(luò)命名規(guī)則編寫腳本減輕工作量。 4 I/O Planning 導(dǎo)出 ibis文件 Vivado 的 I/O Planning和RTL工程中均可以導(dǎo)出ibis 文件。RTL工程中導(dǎo)出方法不在此處贅述。 1）新建I/O Planning 工程

2）出現(xiàn)彈窗

3）工程命名與路徑選擇

4）選擇 I/O Planning 工程類型

5）不導(dǎo)入文件，點擊下一步

6）根據(jù)需求選擇器件型號，點擊下一步后，點擊Finish 創(chuàng)建工程

7）出現(xiàn)工程界面后，點擊導(dǎo)入I/O Ports

8）彈窗中選擇準(zhǔn)備好的xdc文件，點擊OK。

9）點擊 Report DRC進(jìn)行檢查。

10）彈窗選擇OK，如出現(xiàn)DRC報錯需要復(fù)核硬件設(shè)計解決，避免導(dǎo)致硬件設(shè)計存在缺陷。

11）如DRC無報錯，點擊導(dǎo)出IBIS文件

12）彈窗選擇保存路徑，完成導(dǎo)出。圖中兩個選項內(nèi)容均不勾選。Include all models 選項勾選，在IBIS文件中增加我們沒有涉及 IO模型內(nèi)容；Disable per pin modeling 會剔除IBIS文件中包含的封裝屬性文件。

13）到這里模型生成完成，可以用于實際仿真。

戰(zhàn)術(shù)總結(jié)

今天主要給大家簡單介紹了IBIS模型的使用方法以及Vivado如何快速導(dǎo)出IBIS模型進(jìn)行后續(xù)仿真使用的方法，歡迎各位大師在評論區(qū)留言討論。

審核編輯：湯梓紅