原创 掌控全局时钟网络资源

全局时钟驱动整个FPGA的单元模块，但是相对LC，M9K，全局时钟资源很少，所以需要合理的分配。

哪些信号会消耗全局时钟网络呢？外部输入或者内部产生时钟，时钟使能，异步清零信号以及其他高扇出信号。我以前一直认为全局时钟资源交给QuartusII自动分配就可以得到最优结果，其实不然。

如何规划全局时钟是很重要的，以Cyclone3器件为例，FPGA的每一侧可以有五个全局时钟输入，如下图：

举一个极端的例子，我们需要PLL1的四个时钟输出PLL1_C0，PLL1_C1，PLL1_C2，PLL1_C3做为全局时钟，而且还需要一个外部输入的时钟做为全局时钟网络，该五个时钟占用全局时钟资源可以分为下面几种情况：

由上面表可以知道，外部时钟管脚可以根据需要连接CLK[0..3]任意一个专用时钟输入脚，具体选择由QuartusII软件自动分配完成。也就是说，在FPGA的一侧连入五个全局时钟时，我们可以根据布线要求任意把时钟连至CLK[0..3]之一，但是每侧最多只能连五个全局时钟，如果我们需要在外部连入两个时钟时，并假设连接在CLK0，CLK1时，它们中的一个将无法占用全局时钟资源，改走普通布线资源，具体哪一个由QuartusII判断决定。由于普通布线资源会造成时钟到达各个寄存器不尽相同，也就是CLK SKEW会很大，时序收敛性能就大大减低，所以，我们需要将CLK0，CLK1中的一个连至下一组时钟专用管脚CLK[4..7]，全部时钟都在全局时钟网络上。

当我们的系统占用比较多的全局时钟资源时，将外部的时钟和FPGA内部产生的时钟资源综合考虑，充分考虑PLL的位置以及外部输入时钟的管脚位置，保证每个时钟都能分配到全局时钟资源，得到最好的时序性能。

每个全局时钟都有一个时钟控制模块（Clock Control Block），如下图：

该部分的绝大部分配置都是由QuartusII完成，我们能够设置是（2）CLKSELECT[1..0]，在MegaWizard…选择I/O--ALTCLKCTRL模块，就可以得到相应的模块，由上图可以知道，该模块的数据必须来自专用时钟管脚或者PLL输出，无法与LC驱动的全局时钟资源连接。当我们需要进行时钟切换时，最好用该功能模块，因为用LC产生的时钟选择模块很容易产生毛刺，另时序电路无法正常工作。

我们知道外部输入或者内部产生时钟，时钟使能，异步清零信号以及其他高扇出信号都会占用全局时钟资源，当系统涉及的上述信号数量过多时，FPGA无法满足，我们就需要有取舍的设置哪些时钟可以占用Global Clock，哪些可以不用。具体设置在Assigment Editor中完成，说明如下：

Auto Global Clock：用于设置时钟是否占用Global Clock；

Auto Global Register Control Signals：用于设置寄存器控制信号（异步复位，寄存器使能等）是否占用Global Clock；

也可在Setting--Fitter Setting--More Setting…将上述设置关闭，则QuartusII阻止信号分配在全局时钟资源上（不推荐）。