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驱动牛犊
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FPGA学习经验,FPGA学习步骤

楼主#
更多 发布于:2014-09-17 14:31



FPGA在目前应用领域非常,在目前的单板设计里面,几乎都可以看到它的身影。从简单的逻辑组合,到高端的图像、通信协议处理,从单片逻辑到复杂的ASIC原型验证,从小家电到航天器,都可以看到FPGA应用,它的优点在这里无庸赘述。从个人实用角度看,对于学生,掌握FPGA可以找到一份很好的工作,对于有经验的工作人员,使用fgpa可以让设计变得非常有灵活性。掌握了fpga的设计,单板硬件设计就非常容易(不是系统设计),特别是上大学时如同天书的逻辑时序图,看起来就非常亲切。但fpga的入门却有一定难度,因为它不像软件设计,只要有一台计算机,几乎就可以完成所有的设计。fpga的设计与硬件直接相关,需要实实在在的调试仪器,譬如示波器等。这些硬件设备一般比较昂贵,这就造成一定的入门门槛,新人在入门时遇到一点问题或者困难,由于没有调试设备,无法定位问题,最后可能就会放弃。其实这时如果有人稍微指点一下,这个门槛很容易就过去。
          我用FPGA做设计很多年了,远达不到精通的境界,只是熟悉使用,在这里把我对fpga的学习步骤理解写出来,仅是作为一个参考,不对的地方,欢迎大家讨论和指正。
      1、工欲善其事,必先利其器。
      计算机必不可少。目前FPGA应用较多的是Altera和xilinx这两个公司,可以选择安装quartusII或者ISE软件。这是必备的软件环境。
    硬件环境还需要下载器、目标板。虽然有人说没有下载器和目标板也可学习fpga,但那总是纸上谈兵。这就像谈女朋友, 总是嘴上说说,通个电话,连个手都没牵,能说人家是你朋友?虽说搭建硬件环境需要花费,但想想,硬件环境至多几百元钱, 你要真的掌握FPGA的设计,起薪比别人都不止高出这么多。这点花费算什么?
    
      2、熟悉verilog语言或者vhdl语言 ,熟练使用quartusII或者ISE软件。
      VHDL和verilog各有优点,选择一个,建议选择verilog。熟练使用设计软件,知道怎样编译、仿真、下载等过程。
  
      3、设计一个小代码,下载到目标板看看结果
      此时可以设计一个最简答的程序,譬如点灯。如果灯在闪烁了,表示基本入门了。如果此时能够下载到fpga外挂的flash,fpga程序能够从flash启动,表明fpga的最简单设计你已经成功,可以到下一步。
    
      4、设计稍微复杂的代码,下载到目标板看看结果。
      可以设计一个UART程序,网上有参考,你要懂RS232协议和fpga内置的逻辑分析仪。网上下载一个串口调试助手,调试一番,如果通信成功了,   恭喜,水平有提高。进入下一步。
    
      5、设计复杂的代码,下载到目标板看看结果。
      譬如sdram的程序,网上也有参考,这个设计难度有点大。可用串口来调试sdram,把串口的数据存储到sdram,然后读回,如果成功,那你就比较熟悉fpga的设计饿了
    
      6、设计高速接口,譬如ddr2或者高速串行接口
       这要对fpga的物理特性非常了解,而且要懂得是时序约束等设计方法,要看大量的原厂文档,这部分成功了,那就对fpga的物理接口掌握很深,你就是设计高手了
      
      7、设计一个复杂的协议
         譬如USB、PCIexpress、图像编解码等,锻炼对系统的整体把握和逻辑划分。完成这些,你就是一个一流的高手、
        
      8、学习再学习
         学习什么,我也不知道,我只知道“学无止境,山外有山”。



最近也面试了很多FPGA工程师,没找到合适,我觉得很多人从开始的时候就误入歧途了,对新手学习FPGA设计我也说一点看法吧。我认为要从基础开始做,基础牢,才有成为高手的可能。


我觉得有以下几步必须要走:
第一步:学习了解FPGA结构,FPGA到底是什么东西,芯片里面有什么,不要开始就拿个开发板照着别人的东西去编程。很多开发板的程序写的很烂,我也做过一段时间的开发板设计,我觉得很大程度上,开发板在误人子弟。不过原厂提供的正品开发板,代码很优秀的,可以借鉴。只有了解了FPGA内部的结构才能明白为什么写Verilog和写C整体思路是不一样的。
第二步:掌握FPGA设计的流程。了解每一步在做什么,为什么要那么做。很多人都是不就是那几步吗,有什么奇怪的?呵呵,我想至少有一半以上的人不知道synthesize和traslate的区别吧。
了解了FPGA的结构和设计流程才有可能知道怎么去优化设计,提高速度,减少资源,不要急躁,不要去在为选择什么语言和选择哪个公司的芯片上下功夫。语言只是一个表达的方式,重要的是你的思维,没有一个好的指导思想,语言用得再好,不过是个懂语言的人。
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第三步:开始学习代码了。我建议要学代码的人都去Altera或Xilinx的网站上下原厂工程师的代码学习。不要一开始就走入误区。
第四步:template很重要。能不能高效利用fpga资源,一是了解fpga结构,二是了解欲实现的逻辑功能和基本机构,三是使用正确的模板。FPGA内部器件种类相对较单一,用好模板,你的逻辑才能被高效的综合成FPGA擅长表达的结构:)
做fpga主要是要有电路的思想,作为初学者,往往对器件可能不是熟悉,那么应该对于数字电路的知识很熟悉吧,fpga中是由触发器和查找表以及互联线等基本结构组成的,其实在我们在代码里面能够看到的就是与非门以及触发器,不要把verilog和c语言等同起来,根本就是不同的东西,没有什么可比性,在写一句程序的时候应该想到出来的是一个什么样的电路,计数器 选择器 三态门等等,理解时序,逻辑是一拍一拍的东西,在设计初期想的不是很清楚的时候可以画画时序图,这样思路会更加的清晰,还有就是仿真很重要,不要写完程序就去往fpga中去加载,首先要仿真,尤其是对比较大型一点的程序,想像自己是在做asic,是没有二次机会的,所以一定要把仿真做好,还有很多新手对于语言的学习不知道选vhdl好还是verilog好,个人偏好verilog,当然不是说vhdl不好,反正写出来的都是电路,那当然就不要在语言的语法上面花太多的功夫了,verilog 言简意赅assign always case if else 掌握这些几乎可以写出90%的电路了,上面是我的一些愚见,希望对大家有所帮助 ,个人愚见,欢迎大家讨论。(转载)
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