ZYNQ笔记（二十）：Clocking Wizard 动态配置

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

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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;
}