Xilinx 7系列FPGA架构之SelectIO结构（一）

引言：从本文开始我们介绍 7系列FPGA的资源结构及使用，我们在进行FPGA外设硬件及软件设计时，如ADC、PHY、DDR3等，通常会涉及到该资源。本节我们介绍以下知识点：

1.I/O概述

7系列FPGA I/O bank分为高性能（HP）banks和宽范围（HR）banks。HP I/O banks可以实现高性能存储器接口或者芯片间高速接口，支持电压最大1.8V，HR I/O banks支持更宽范围的I/O电平标准，最大支持3.3V。这两种I/O banks支持的I/O特性如图1所示。

图1、HR和HP I/O banks支持的特性

注意：

2.资源介绍

所有的7系列FPGA具有可配置的驱动器和接收器，支持宽范围的可变标准接口，支持可编程输出电流，边沿速率，DCI片上端接和内部产生参考电压（）。

图2、可配置I/O参数

注意：HR banks没有DCI，因此任何需要参考DCI的应用不能使用HR banks。

除了某些例外，每个I/O bank包含50个管脚。在每个bank的末端有两个只能用作单端I/O使用的管脚，剩余48个管脚可以用作48个单端I/O或者24对差分I/O。每个可以配置为输入、输出或者三态驱动。

图3、I/O bank管脚

管脚可以配置为单端和差分信号：

图4显示了HP bank只能配置为单端信号的IOB内部逻辑和器件管脚（PAD）连接，其对应的原句如图5所示。

图4、只能作为单端管脚的HP IOB结构

图5、单端HP IOB原句

图6位常规HP IOB结构框图，该类型管脚可以配置为单端或者差分信号，其原句如图7所示。

图6、常规HP IOB结构框图

图7、常规HP IOB原句

图8为只能作为单端管脚的HR IOB结构框图，图9为其对应的原句。

图8、只能作为单端管脚的HR IOB结构

图9、只能作为单端管脚的HR IOB原句

图10为常规HR IOB结构框图，图11为其对应的原句。

图10、常规HR IOB结构框图

图11、 HR IOB原句

3.资源通用设计指导 3.1 7系列FPGA I/O Bank规则

在7系列FPGA器件中，每个I/O bank包括50个IOB资源，Bank的数量和器件大小和封装管脚有关。例如有10个可用的I/O banks，如图12所示。

图12、 I/O Banks

3.2 管脚供电电压

Vcco电压管脚：Vcco供电是7系列I/O电路主要的电压，位于同一bank内的所有Vcco电源管脚必须连接到相同的外部电压，故同一个bank内的所有I/O管脚必须共享Vcco电平。Vcco电压必须匹配I/O电平标准要求，如果不匹配可能会造成器件I/O损坏。

在HP I/O bank中，如果I/O标准电压要求≤1.8V，但是如果Vcco≥2.5V，则FPGA器件自动进入过压保护模式，重新配置正确的Vcco电平，器件自动恢复正常模式。

VREF：单端I/O标准使用差分输入缓冲会要求一个参考输入电压（VREF），这种标准信号称为伪差分信号，如DDR2/3使用的差分SSTL电平标准。当在I/O bank中，VREF电压需要时，此时该类型管脚需要当作电源管脚使用，在图3中，我们可以看到这一点。7系列FPGA可以使用芯片内部产生的参考电压，此时需要使能约束。

：全局辅助电压电源轨主要为7系列FPGA内部各种逻辑资源模块提供电源，如BRAM资源，也为某些I/O标准输入缓冲电路提供供电。

：该管脚只为HP I/O bank电路提供辅助电压。该管脚电压应用于K7和V7系列FPGA，提供1.8V和2.0V两种供电电压选择，该管脚电压与存储器接口频率有关，其中2.0V电压支持更高频率存储器接口。如果设置为2.0V电压，此时需要对添加约束。

3.3 配置期间和配置后I/O状态

7系列FPGA在I/O bank0中有专用的配置功能管脚，和也包含多功能管脚用于配置功能，在配置完成后可以用作普通I/O。

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