基于Vivado的IBIS文件导出

作为一个资深的FPGA工作者，相信大家对于IBIS模型并不陌生；IBIS模型在进行系统设计时节省时间和降低成本是很关键的。在原型制作之前，系统设计人员可以用模型来进行设计仿真。在高速系统设计中正是如此，进行信号完整性仿真来分析不同条件下传输线中的电路行为，在设计初期就能预防并检测出典型的问题，例如过冲、欠冲、阻抗不匹配、串扰、地弹等。然而，可用的数字IC模型非常少。

当半导体厂商被索要SPICE模型时，他们并不愿意提供，因为这些模型会包含有专有工艺和电路信息。这个问题已经通过采用IBIS模型来(输入/输出缓冲器信息规范)解决。IBIS是一个行为模型，通过V/I和V/T数据，描述器件数字输入和输出的电气特性，而不会泄露任何元器件专有的信息。

FPGA器件作为高灵活度器件，其管脚属性可以根据用户需求自行设定。FPGA厂商提供一般提供通用IBIS模型，通用IBIS模型文件包含所选系列支持的所有IO标准的模型，模型与具体的芯片封装以及die的尺寸无关，通常这类模型为每个可用的IO设置一个全局RLC参数。在进行少数几个信号的原理图级仿真中，该类IBIS模型是满足需求的，但是在更进一步的PCB仿真中，需要导出自定义的IBIS模型库。 然而在通用IBIS模型中，管脚不是实际封装使用管脚，无法直接使用。

今天我们主要来介绍基于Vivado如何导出FPGA的IBIS文件。

1 IBIS文件生成方法 定义管脚的IBIS文件生成有两种方法。 1）在通用IBIS文件基础上进行编辑。该方法需要一定的IBIS语法基础，需要更新IBIS文件中[Package]、[Pin]、[Diff Pin]、[Model Selector]字段内容。具体操作方法大家可以参考下面博文内容。

Xilinx FPGA IBIS 模型的使用问题，总结+分析都在这里了~ (qq.com)

2）通过厂商提供软件自动生成。本篇主要介绍通过vivado 自动生成IBIS软件过程。该方法需要根据管脚与网络映射关系编写XDC文件，涉及4种语法约束。个人感觉更适宜仿真环境快速搭建，此外软件中有DRC分析工具，可以帮助检查芯片原理图设计缺陷。 2 Allegro导出管脚映射关系 本操作从PCB文件中获得FPGA的管脚映射关系。 打开已经导入网表的brd文件，在快捷栏中点击Show Element 快捷键。

在find 菜单栏中仅勾选Symbols

点击PCB 中的FPGA Symbol

  将会弹出fpga元件相关信息，其中包含我们需要的管脚与net的映射关系。

在弹窗中找到 Pin IO information的表格，表格文本信息即是我们需要的PIN与net映射关系，复制到管脚信息到外部txt。

本节导出器件管脚与网络映射关系，需要注意的是如果fpga与外部连接网络没有命名，软件将自动分配网络名。这部分管脚名称，没有实际意义不便理解，可根据需求手动修改。

3 管脚约束/XDC文件生成

本节内容通过上节得到1对差分信号和一个单端信号为例说明编辑过程。

编写约束文件仅需要了解四种固定格式即可。 1、设置管脚到网络映射关系。具体语法格式如下：

set_property PACKAGE_PIN PIN [get_ports {NET}]

  将PIN位置替换我们导出文件的管脚名，NET位置填写对应网络名。生成管脚约束示例如下：  

set_property PACKAGE_PIN AV20 [get_ports {DDR4_PARITY}]
set_property PACKAGE_PIN AV21 [get_ports {DDR4_DQS5_C}]
set_property PACKAGE_PIN AV22 [get_ports {DDR4_DQS5_T}]

  2、设置网络I/O STANDARD 属性。具体语法格式例子如下：

set_property IOSTANDARD PIN_STANDRAD [get_ports {NET}]

    将PIN_STANDRAD位置替换我们需要的I/O STANDARD标准，NET位置填写对应网络名。生成管脚约束示例如下：  

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

  具体电平标准请查阅芯片手册。   3、设置网络输入/输出属性，具体语法格式如下：

set_property DIRECTION DIR [get_ports {NET}]

    将DIR位置替换我们管脚属性，可以填写INOUT OUT IN三种,分别对应输入输出、输出和输入；NET位置填写对应网络名。生成管脚约束示例如下：

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

    4、设置管脚差分关系。具体语法格式如下：

make_diff_pair_ports NET1 NET2

    将NET1 NET2位置填写对应差分对的网络名。生成管脚约束示例如下：

make_diff_pair_ports DDR4_DQS5_T DDR4_DQS5_C

  按照例子，对我们需要关注的管脚编写约束文件，并将文件保存为.xdc格式，我这里保存是ddr_pin.xdc。  

 

此过程流程操作流程相对简单死板，推荐根据自己网络命名规则编写脚本减轻工作量。 4 I/O Planning 导出 ibis文件 Vivado 的 I/O Planning和RTL工程中均可以导出ibis 文件。RTL工程中导出方法不在此处赘述。 1）新建I/O Planning 工程

2）出现弹窗

3）工程命名与路径选择

4）选择 I/O Planning 工程类型

5）不导入文件，点击下一步

6）根据需求选择器件型号，点击下一步后，点击Finish 创建工程

7）出现工程界面后，点击导入I/O Ports

8）弹窗中选择准备好的xdc文件，点击OK。

9）点击 Report DRC进行检查。

10）弹窗选择OK，如出现DRC报错需要复核硬件设计解决，避免导致硬件设计存在缺陷。

11）如DRC无报错，点击导出IBIS文件

12）弹窗选择保存路径，完成导出。图中两个选项内容均不勾选。Include all models 选项勾选，在IBIS文件中增加我们没有涉及 IO模型内容；Disable per pin modeling 会剔除IBIS文件中包含的封装属性文件。  

13）到这里模型生成完成，可以用于实际仿真。

 

战术总结

 

今天主要给大家简单介绍了IBIS模型的使用方法以及Vivado如何快速导出IBIS模型进行后续仿真使用的方法，欢迎各位大师在评论区留言讨论。

 

　　审核编辑：汤梓红