什么是IDDR与ODDR看了就知道

　　项目简述
　　在数据的传输过程中，我们经常可以碰见双沿传输数据到FPGA，或者FPGA传输双沿数据给外部芯片，最常见的例子就是DDR芯片。这里说明一下，FPGA内部处理的数据都是单沿数据，那么双沿数据的变换只能发生在FPGA的IOB上面，这里有特定的硬件结构可以实验上面单沿变双沿的方法，也就是使用原语进行一些列的操作。本次实验的主要内容如下：
　　以千兆网RGMII为例实现单沿变双沿、双沿变单沿的操作。经过之前博客的理解，我们可以知道RGMII的协议是双沿传输，那么我们将以此为例实现双沿4bit数据变单沿8bit数据——FPGA接收，单沿8bit数据变双沿4bit数据——FPGA发送。
　　IDDR与ODDR的简述
　　这里的表述，我们主要依靠技术手册来给大家进行讲解。
　　简单的框图显示如下：
　　
　　其中IDDR的原语如下：
　　IDDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“OPPOSITE_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE”， “SAME_EDGE”
　　// or “SAME_EDGE_PIPELINED”
　　.INIT_Q1 （1‘b0 ）， // Initial value of Q1： 1’b0 or 1‘b1
　　.INIT_Q2 （1’b0 ）， // Initial value of Q2： 1‘b0 or 1’b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） IDDR_ctrl （
　　.Q1 （data_en ）， // 1-bit output for positive edge of clock
　　.Q2 （data_err ）， // 1-bit output for negative edge of clock
　　.C （rx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1‘b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D （rx_ctrl ）， // 1-bit DDR data input
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1’b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　12345678910111213141516
　　其中IDDR主要有三种工作模式，分别是：“OPPOSITE_EDGE”， “SAME_EDGE”，“SAME_EDGE_PIPELINED” 。上面每一位的介绍在原语的注释中都得到了比较详细的解释，这里不再赘述。这三种工作模式的不同其实就是时序的不同，下面分别进行介绍：
　　1、OPPOSITE_EDGE模式
　　
　　这里主要注意，一个时钟的上升沿与下降沿数据正好可以在下一个时钟上升沿的Q1、Q2输出，这也是最常见的使用方式。我们千兆网的接收信号使用的就是该模式。
　　2、SAME_EDGE模式
　　
　　这里特别注意，一个时钟的上升沿和下降沿的两个数据在Q1、Q2的表示分别在下一个时钟与下下一个时钟体现出来，原来的两个数据被分裂成两个时钟表示。
　　3、SAME_EDGE_PIPELINED模式
　　
　　其中这种模式与第一种的模式是Q1、Q2是同步的，前者是异步的，这种模式数据的读取比第一种模式晚了一个节拍。当然千兆网的数据接收也可以使用该模式，以为控制端也是使用该模式进行解码。
　　与IDDR相对应的是ODDR。同样，ODDR的框图如下：
　　
　　其中ODDR的原语如下：
　　ODDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“SAME_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE” or “SAME_EDGE”
　　.INIT （1‘b0 ）， // Initial value of Q： 1’b0 or 1‘b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） ODDR_ctrl （
　　.Q （tx_data_ctrl ）， // 1-bit DDR output
　　.C （gb_tx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1’b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D1 （gb_tx_data_en ）， // 1-bit data input （positive edge）
　　.D2 （gb_tx_data_err ）， // 1-bit data input （negative edge）
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1‘b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　12345678910111213
　　同样，上面每一位的介绍在原语的注释中都得到了比较详细的解释，这里不再赘述。其中ODDR有两种不同的工作模式。我们将进行如下介绍：
　　1、OPPOSITE_EDGE模式
　　
　　从上面我们可以看出，该模式是将两个时钟的D1、D2拼成了一个时钟的上升沿与下降沿对应的数据。我们本次千兆网的输出项目中不会使用该模式，因为D1与D2会错开一个时钟。
　　2、SAME_EDGE模式
　　
　　从上面的时序图中我们可以看出，同一个时钟的D1、D2转换成了同一个时钟的上升沿与下降沿。我们本次项目中使用的就是这个模式。
　　RGMII时序简述
　　前面已经讲解了常见的以太网物理层协议接口，其中RGMII是双沿数据，需要使用原语进行相应单双沿变化的操作。其中，RGMII协议的具体时序图如下：
　　
　　这里有几点注意整理如下：
　　1、TXD的0位上升沿与下降沿分别对应8位数据的0位与4位，TXD其他的位数以此相互递增。
　　2、RXD的0位上升沿与下降沿分别对应8位数据的0位与4位，RXD其他的位数以此相互递增。
　　3、TX_CLK是输入时钟，RX_CLK是输出时钟。
　　4、XX_CTL线上升沿对应的是数据使能位，下降沿对应的是数据错误位。
　　千兆网输入与输出模块的设计
　　gbit_top模块：
　　`timescale 1ns / 1ps
　　// *********************************************************************************
　　// Project Name ： OSXXXX
　　// Author ： zhangningning
　　// Email ： nnzhang1996@foxmail.com
　　// Website ：
　　// Module Name ： gbit_top.v
　　// Create Time ： 2020-03-17 09:43:00
　　// Editor ： sublime text3， tab size （4）
　　// CopyRight（c） ： All Rights Reserved
　　//
　　// *********************************************************************************
　　// Modification History：
　　// Date By Version Change Description
　　// -----------------------------------------------------------------------
　　// XXXX zhangningning 1.0 Original
　　//
　　// *********************************************************************************
　　module gbit_top（
　　//System Interfaces
　　input sclk ，
　　input rst_n ，
　　//Gigbit Interfaces
　　output reg phy_rst_n ，
　　input ［ 3:0］ rx_data ，
　　input rx_ctrl ，
　　input rx_clk
　　）;
　　//========================================================================================
　　//**************Define Parameter and Internal Signals**********************************
　　//========================================================================================/
　　reg ［20:0］ phy_rst_cnt ;
　　wire rx_clk_90 ;
　　//iddr_ctrl_inst
　　wire ［ 7:0］ gb_rx_data ;
　　wire gb_rx_data_en ;
　　wire gb_rx_data_err ;
　　//========================================================================================
　　//************** Main Code **********************************
　　//========================================================================================/
　　clk_wiz_0 clk_wiz_0_inst（
　　// Clock out ports
　　.clk_out1 （rx_clk_90 ）， // output clk_out1
　　// Clock in ports
　　.clk_in1 （rx_clk ）
　　）;
　　iddr_ctrl iddr_ctrl_inst（
　　//System Interfaces
　　.rst_n （rst_n ），
　　//Gigabit Interfaces
　　.rx_data （rx_data ），
　　.rx_ctrl （rx_ctrl ），
　　.rx_clk （rx_clk_90 ），
　　//Communication Interfaces
　　.gb_rx_data （gb_rx_data ），
　　.gb_rx_data_en （gb_rx_data_en ），
　　.gb_rx_data_err （gb_rx_data_err ）
　　）;
　　always @（posedge sclk or negedge rst_n）
　　if（rst_n == 1’b0）
　　phy_rst_cnt 《= 21‘d0;
　　else if（phy_rst_cnt［20］ == 1’b0）
　　phy_rst_cnt 《= phy_rst_cnt + 1‘b1;
　　else
　　phy_rst_cnt 《= phy_rst_cnt;
　　always @（posedge sclk or negedge rst_n）
　　if（rst_n == 1’b0）
　　phy_rst_n 《= 1‘b0;
　　else if（phy_rst_cnt［20］ == 1’b1）
　　phy_rst_n 《= 1‘b1;
　　else
　　phy_rst_n 《= phy_rst_n;
　　endmodule
　　1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283
　　iddr_ctrl模块
　　`timescale 1ns / 1ps
　　// *********************************************************************************
　　// Project Name ： OSXXXX
　　// Author ： zhangningning
　　// Email ： nnzhang1996@foxmail.com
　　// Website ：
　　// Module Name ： iddr_ctrl.v
　　// Create Time ： 2020-03-17 09:21:20
　　// Editor ： sublime text3， tab size （4）
　　// CopyRight（c） ： All Rights Reserved
　　//
　　// *********************************************************************************
　　// Modification History：
　　// Date By Version Change Description
　　// -----------------------------------------------------------------------
　　// XXXX zhangningning 1.0 Original
　　//
　　// *********************************************************************************
　　module iddr_ctrl（
　　//System Interfaces
　　input rst_n ，
　　//Gigabit Interfaces
　　input ［ 3:0］ rx_data ，
　　input rx_ctrl ，
　　input rx_clk ，
　　//Communication Interfaces
　　output reg ［ 7:0］ gb_rx_data ，
　　output reg gb_rx_data_en ，
　　output reg gb_rx_data_err
　　）;
　　//========================================================================================
　　//**************Define Parameter and Internal Signals**********************************
　　//========================================================================================/
　　wire ［ 7:0］ data ;
　　wire data_en ;
　　wire data_err ;
　　//========================================================================================
　　//************** Main Code **********************************
　　//========================================================================================/
　　IDDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“OPPOSITE_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE”， “SAME_EDGE”
　　// or “SAME_EDGE_PIPELINED”
　　.INIT_Q1 （1’b0 ）， // Initial value of Q1： 1‘b0 or 1’b1
　　.INIT_Q2 （1‘b0 ）， // Initial value of Q2： 1’b0 or 1‘b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） IDDR_ctrl （
　　.Q1 （data_en ）， // 1-bit output for positive edge of clock
　　.Q2 （data_err ）， // 1-bit output for negative edge of clock
　　.C （rx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1’b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D （rx_ctrl ）， // 1-bit DDR data input
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1‘b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　genvar i;
　　generate
　　for （i = 0; i 《 4; i = i+1） begin
　　IDDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“OPPOSITE_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE”， “SAME_EDGE”
　　// or “SAME_EDGE_PIPELINED”
　　.INIT_Q1 （1’b0 ）， // Initial value of Q1： 1‘b0 or 1’b1
　　.INIT_Q2 （1‘b0 ）， // Initial value of Q2： 1’b0 or 1‘b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） IDDR_ctrl （
　　.Q1 （data［i］ ）， // 1-bit output for positive edge of clock
　　.Q2 （data［4+i］ ）， // 1-bit output for negative edge of clock
　　.C （rx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1’b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D （rx_data［i］ ）， // 1-bit DDR data input
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1‘b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　end
　　endgenerate
　　always @（posedge rx_clk or negedge rst_n）
　　if（rst_n == 1’b0）
　　gb_rx_data 《= 8‘d0;
　　else
　　gb_rx_data 《= data;
　　always @（posedge rx_clk or negedge rst_n）
　　if（rst_n == 1’b0）
　　gb_rx_data_err 《= 1‘b0;
　　else
　　gb_rx_data_err 《= data_err;
　　always @（posedge rx_clk or negedge rst_n）
　　if（rst_n == 1’b0）
　　gb_rx_data_en 《= 1‘b0;
　　else
　　gb_rx_data_en 《= data_en;
　　endmodule
　　123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100
　　oddr_ctrl模块
　　`timescale 1ns / 1ps
　　// *********************************************************************************
　　// Project Name ： OSXXXX
　　// Author ： zhangningning
　　// Email ： nnzhang1996@foxmail.com
　　// Website ：
　　// Module Name ： oddr_ctrl.v
　　// Create Time ： 2020-03-17 09:56:53
　　// Editor ： sublime text3， tab size （4）
　　// CopyRight（c） ： All Rights Reserved
　　//
　　// *********************************************************************************
　　// Modification History：
　　// Date By Version Change Description
　　// -----------------------------------------------------------------------
　　// XXXX zhangningning 1.0 Original
　　//
　　// *********************************************************************************
　　module oddr_ctrl（
　　//System Interfaces
　　input rst_n ，
　　//Gigbit Interfaces
　　output wire ［ 3:0］ tx_data ，
　　output wire tx_data_ctrl ，
　　output wire tx_clk ，
　　//Communication Interfaces
　　input ［ 7:0］ gb_tx_data ，
　　input gb_tx_data_en ，
　　input gb_tx_data_err ，
　　input gb_tx_clk
　　）;
　　//========================================================================================
　　//**************Define Parameter and Internal Signals**********************************
　　//========================================================================================/
　　//========================================================================================
　　//************** Main Code **********************************
　　//========================================================================================/
　　ODDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“SAME_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE” or “SAME_EDGE”
　　.INIT （1’b0 ）， // Initial value of Q： 1‘b0 or 1’b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） ODDR_ctrl （
　　.Q （tx_data_ctrl ）， // 1-bit DDR output
　　.C （gb_tx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1‘b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D1 （gb_tx_data_en ）， // 1-bit data input （positive edge）
　　.D2 （gb_tx_data_err ）， // 1-bit data input （negative edge）
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1’b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　ODDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“SAME_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE” or “SAME_EDGE”
　　.INIT （1‘b0 ）， // Initial value of Q： 1’b0 or 1‘b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） ODDR_clk （
　　.Q （tx_clk ）， // 1-bit DDR output
　　.C （gb_tx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1’b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D1 （1‘b1 ）， // 1-bit data input （positive edge）
　　.D2 （1’b0 ）， // 1-bit data input （negative edge）
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1‘b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　genvar i;
　　generate
　　for （i = 0; i 《 4; i = i+1） begin
　　ODDR #（
　　.DDR_CLK_EDGE （“SAME_EDGE” ）， // “OPPOSITE_EDGE” or “SAME_EDGE”
　　.INIT （1’b0 ）， // Initial value of Q： 1‘b0 or 1’b1
　　.SRTYPE （“SYNC” ） // Set/Reset type： “SYNC” or “ASYNC”
　　） ODDR_data （
　　.Q （tx_data［i］ ）， // 1-bit DDR output
　　.C （gb_tx_clk ）， // 1-bit clock input
　　.CE （1‘b1 ）， // 1-bit clock enable input
　　.D1 （gb_tx_data［i］ ）， // 1-bit data input （positive edge）
　　.D2 （gb_tx_data［4+i］ ）， // 1-bit data input （negative edge）
　　.R （~rst_n ）， // 1-bit reset
　　.S （1’b0 ） // 1-bit set
　　）;
　　end
　　endgenerate
　　endmodule
　　123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990
　　测试模块的设计
　　tb_gigbit模块
　　`timescale 1ns / 1ps
　　`define CLOCK 8
　　// *********************************************************************************
　　// Project Name ： OSXXXX
　　// Author ： zhangningning
　　// Email ： nnzhang1996@foxmail.com
　　// Website ：
　　// Module Name ： tb_gigbit.v
　　// Create Time ： 2020-03-17 10:25:11
　　// Editor ： sublime text3， tab size （4）
　　// CopyRight（c） ： All Rights Reserved
　　//
　　// *********************************************************************************
　　// Modification History：
　　// Date By Version Change Description
　　// -----------------------------------------------------------------------
　　// XXXX zhangningning 1.0 Original
　　//
　　// *********************************************************************************
　　module tb_gigbit;
　　reg sclk ;
　　reg rst_n ;
　　reg ［ 7:0］ gb_tx_data ;
　　reg gb_tx_data_en ;
　　reg gb_tx_clk ;
　　wire ［ 3:0］ tx_data ;
　　wire tx_data_ctrl ;
　　wire tx_clk ;
　　wire phy_rst_n ;
　　initial begin
　　rst_n 《= 1‘b0;
　　gb_tx_clk = 1’b0;
　　sclk = 1‘b0;
　　#（100*`CLOCK）
　　rst_n 《= 1’b1;
　　end
　　always #（`CLOCK/2） gb_tx_clk = ~gb_tx_clk;
　　always #（10） sclk = ~sclk;
　　initial begin
　　gb_tx_data 《= 8‘d0;
　　gb_tx_data_en 《= 1’b0;
　　@（posedge phy_rst_n）
　　#（1000*`CLOCK）
　　gen_data（）;
　　#（1000*`CLOCK）
　　gen_data（）;
　　end
　　task gen_data;
　　integer i ;
　　begin
　　i = 0;
　　for（i = 0;i 《 100;i = i+1）begin
　　@（posedge gb_tx_clk）;
　　gb_tx_data_en 《= 1‘b1;
　　if（i 《 7）
　　gb_tx_data 《= 8’h55;
　　else if（i == 7）
　　gb_tx_data 《= 8‘hd5;
　　else
　　gb_tx_data 《= i;
　　end
　　@（posedge gb_tx_clk）;
　　gb_tx_data 《= 8’h0;
　　gb_tx_data_en 《= 1‘b0;
　　end
　　endtask
　　oddr_ctrl oddr_ctrl_inst（
　　//System Interfaces
　　.rst_n （rst_n ），
　　//Gigbit Interfaces
　　.tx_data （tx_data ），
　　.tx_data_ctrl （tx_data_ctrl ），
　　.tx_clk （tx_clk ），
　　//Communication Interfaces
　　.gb_tx_data （gb_tx_data ），
　　.gb_tx_data_en （gb_tx_data_en ），
　　.gb_tx_data_err （1’b0 ），
　　.gb_tx_clk （gb_tx_clk ）
　　）;
　　gbit_top gbit_top_inat（
　　//System Interfaces
　　.sclk （sclk ），
　　.rst_n （rst_n ），
　　//Gigbit Interfaces
　　.phy_rst_n （phy_rst_n ），
　　.rx_data （tx_data ），
　　.rx_ctrl （tx_data_ctrl ），
　　.rx_clk （tx_clk ）
　　）;
　　endmodule
　　123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899
　　仿真测试结果
　　程序的仿真测试结果如下：
　　
　　上面的实验我们将ODDR与IDDR联合起来进行相应的仿真，仿真结果也证明了我们千兆网发送与接收模块单双沿变化的正确性。