1. 什么是I/O Tile？

對Spartan-6系列FPGA來說，一個IO Tile包括2個IOB、2個ILOGIC、2個OLOGIC、2個IODELAY。

圖 1Spartan-6系列IO Tile結構圖

圖 2Spartan-6 FPGA I/O Banks

1.1. IOB結構介紹

每個IOB包含了輸入、輸出、三態驅動器；這些驅動器可以配置為不同的電平標準如LVTTL、LVCMOS等；差分IO會用到1個IO Tile里的兩個IOB。

每個IOB都被直接連接到了ILOGIC和OLOGIC，ILOGIC和OLOGIC可以被配置成ISERDES或OSERDES，。

圖 3基本IOB結構圖

1.1.1. IOB內部終端電阻

高速IO電平標準的使用可以優化電平轉換特性和信號完整性，在高速IO電平標準中往往需要使用終端電阻。終端電阻的位置應該距離接收器越近越好。

Spartan-6 FPGA為差分IO和單端IO提供了片內終端電阻，這個終端電阻位于IOB內部，使用這些終端電阻，可以避免FPGA外部再引腳處再接電阻。

差分IO的終端電阻

Spartan-6系列為差分IO提供了100Ω的終端電阻，差分引腳的終端電阻可以通過約束文件使之使能或不使能。

圖 4差分引腳使能終端電阻

圖 5差分引腳不使能終端電阻

單端引腳終端電阻

單端引腳的輸入終端電阻和輸出阻抗都是可編程控制的，如下圖所示：左邊FPGA的輸出使能了50Ω的輸出阻抗，右邊的FPGA使能了輸入50%分壓電阻；在高速接口應用中，使能輸出阻抗可以減少電磁反射，Spartan-6系列FPGA輸出阻抗可選值為None、25Ω、50Ω、75Ω；輸入阻抗可設置為25%、50%、75%分壓。

圖 6單向SSTL接口使用片上終端電阻

1.1.2. IOB內部可例化的原語

IOB內部有多種輸入輸出緩沖資源（buffer resource），他們可以原語的形式調用，在Spartan-6系列里，單端IO標準的原語如下5個：

1.1.3. IOB內可用IO電平標準

IOB支持多種電平標準，用戶可以自由靈活地為自己的設計選擇合適的IO電平標準，Spartan-6系列支持的IO電平標準如下

1.1.4. FPGA配置后未使用引腳狀態/strong》

在默認情況下，在FPGA配置完成后，所有未使用的引腳將被配置成輸入，并在IOB內部經下拉電阻接地，這種未使用引腳在配置后的狀態可以通過UnusedPin BitGen option進行設定。

1.2. SelectIO 的邏輯資源

SelectIO的邏輯資源包括基本資源和高級資源，其中，基本資源包括：

Combinatorial input/output，組合輸入/輸出

3-state output control，三態輸出控制

Registered input/output，寄存器輸入輸出

Registered 3-state output control，寄存器三態輸出控制

Double Data Rate （DDR） input/output，雙倍數據率輸入輸出

DDR output 3-state control，雙倍數據率三態輸出控制

高級資源包括：

IODELAY2，為用戶提供精準的延時控制

NONE， C0， and C1 output DDR mode，輸出雙倍數據輸出

NONE， C0， and C1 input DDR mode，輸入雙倍數據輸入

ISERDES，輸入串并轉換

OSERDES，輸出并串轉換

selectIOn邏輯資源被組合在一個IO Tile內部，如下圖所示，在單端模式中，master I/O buffer驅動P Pad，slave I/O buffer驅動N Pad；在差分模式中，master I/O buffer和slave I/O buffer組合起來使用，可以完成串并或者并串轉換。

圖 7一個I/OTile里的selectIO邏輯資源

1.3. Selection資源中可用的時鐘資源

所有IO的數據采集和轉換（包括串并轉換和并串轉換）、DDR傳輸等都需要一個內部SDR時鐘，為了實現這些功能，I/O接口Tile需要一個本地的時鐘倍頻器來獲取SDR時鐘。

進行DDR傳輸的倍頻器需要兩個輸入時鐘，這兩個輸入時鐘必須是下面三種情況之一：

一個全局時鐘和它的局部（IO接口資源里）取反時鐘

兩個相位相差180°的全局時鐘

兩個相位相差180°的I/O時鐘

圖 8IO接口邏輯的時鐘資源