开贴,讲哪些人适合做FPGA

只看该作者 · 2010-4-20 09:23

本帖最后由 nir 于 2010-4-20 09:38 编辑

LZ太高看FPGA了，学FPGA和学单片机软件没什么区别。
FPGA写的是VHDL但基础是数字电路，而单片机软件玩的是C语言但基础是一样是数电逻辑。LZ研究的不是FPGA，而是逻辑分析。描述语言根本不是重点。
说句实话，先玩单 ...
zjp8683463 发表于 2010-3-19 08:59

本来不想说，看到zjp8683463 的留言，怕误导大家。我来说说自己的看法。我自认为对FPGA有较好的了解。
fgpa的设计输入方法有很多种，可以用VHDL/verilog硬件描述语言，也可以画电路的方法。没听说用C语言写。虽然有很多人一直在开发用类似C写的可以综合，运用在FPGA上的编译器。但目前还是不行。从画电路原理图的方式输入就可以知道，FPGA不是软件人员学的。是硬件人员学的。VHDL/verilog只是一个工具，要实现的是你的思想。你写了几行代码，你在头脑中要综合出这是个什么样的硬件电路。没有很深的硬件基础，数字电路基础。你不可能成为高手。
zjp8683463说的玩单片机的人应该是学硬件的人吧？不是学软件的人。学硬件的有几个不知道C，C是很好的底层编写语言。我感觉zjp8683463搞不清什么人是搞硬件的，什么人是搞软件的。
搞软件的不代表不可以做FPGA，但你要有好的电路基础，深刻的数字电路掌握。再加上点微电子知识。语言只是工具，实现的是你的思想。
脑中有电路，写出的就是电路。我见过太多人写出很多不可综合的电路。有机会我会写本书来说明如何写出可综合的实际的FPGA设计。国内这方面的书太少。
楼主说的做FPGA的至少是研究生，说出来刺耳，实际是事实。因为一个正常的本科毕业生。要深入了解数字电路都要花费大量时间。何谈FPGA。当然很多人也可以写，可以做，实际上是跳过了精通掌握硬件知识的阶段，效果肯定不好。
如果你要做FPGA，王侯将相，宁有种乎，本科和研究生没有绝对的界限。我建议你不要跳过深入掌握硬件知识的阶段。欲速则不达，你会在后面的fpga了解中发现这点。

1万 · 2010-4-20 11:59

本帖最后由 sleepybear 于 2010-4-20 12:30 编辑

也许在zjp8683463看来，设计电路、画板子、调板子的是做硬件；而只要敲击键盘，用符号敲出某种语言的文件，经过软件折腾之后生成下载文件的，都是做软件吧。。。那做FPGA的也是做软件了。。。
没有什么绝对的适合不适合的，关键是基础，内功。
说说高级语言设计FPGA。现在的高级语言设计FPGA（C或者MATLAB工具），还不成熟。有人拿“C VS 汇编”来和“高级语言 VS HDL语言“做类比，其实是不恰当的。前者的编译器很成熟了，而且二者终归都是一般的基于寄存器的微机架构。而后者则不然，是两个不同的架构，而相应的编译软件也还远未成熟。举个切身体会的例子：以前用过Xilinx的AccelDSP，可以讲MATLAB写的算法转化成HDL语言（Altera对应的应该是DSP Builder吧？），可是这种转换来的代码，其资源使用（或者说效率）方面远不如用HDL自己写的理想。而且，由于是软件自动生成的，其必然会有很机械的模块划分、事先约定好的端口定义——要想放到自己的设计中，还需要做大量的数据、控制信号的操作（这背后就是硬件资源的消耗，甚至是很痛苦的调整）；而一旦生成代码有问题，想要直接修改生成代码，哪怕增加一个小小的控制信号（生成代码是固定的端口，有些时候并不完全符合要求，需要修改），做起来也是非常费劲——而这一切，都需要有扎实的底层功底，做惯了高级语言设计的，是一时难以适应的。不会汇编可以开发单片机；但是不会HDL（不是简单的看基本语法书，弄块板子跑跑例程那么简单），是无法做FPGA设计的（至少目前是如此）。感觉，用HDL设计FPGA，是比汇编还要底层的东西。
算法是很重要的，但是从高级语言的算法，到FPGA实现，还是需要有很多工作要做的，这工作对FPGA设计人员要求一点也不低：首先要理解原算法，搞清楚算法的原理，评估可否实现、实现的难易度以及可能的技术难点、器件的选型、和电路板设计人员（如果是其他人做的话）一同确定板上资源（比如外扩RAM、时钟资源等等）的需求……；其次，要了解目标器件的特点，根据需求设计出一个实现架构——数据如何存储，数据流如何控制，接口和内部数据格式的调整、各个模块之间的接口定义、如何有效利用器件内部资源（比如内嵌的时钟资源、DSP块、BRAM块等等）、是否需要内嵌软核处理器（如需要，软核处理器如何设计）……所有这一切，对设计者的硬件系统设计能力有着很高的要求（说的是对合格的FPGA设计人员的要求，而不是说现在做FPGA的人本身有多强，事实上很多在做的人，包括我，都远没有达到合格的标准，要走的路还很长。），而设计之后写代码反而只是工作量的问题了；即使是工作量的问题，过程中要考虑的因素也是很多的，有时候要精细到某个时钟周期时刻某个比特的状态，或者某一条内部布线……有些算法，在软件看来很容易，可能在FPGA上实现的工作量就非常大，甚至是无法实现的。。FPGA设计绝对不是“写代码——编译——下载”那么简单的（当然，写个计数器、做个跑马灯什么的，可以很简单）。。。

1万 · 2010-4-20 14:48

本帖最后由 zjp8683463 于 2010-4-20 14:58 编辑

sleepybear说的其实是知识传递的问题。这个问题不是fpga独有，所有语言都一样有这个问题。单片机也要把逻辑算法变成C，这个也要一定的理解能力和知识水平。
dsp之类的C和fpga的HDL硬件描述语言在语言结构上不同，其实目的是一样的---把逻辑变成语言，无非是一个遵循C规则，一个遵循HDL规则。而硬件电路是把逻辑或语言变成电路原理。
fpga和其他可编程器件都一个顺序知识传递---逻辑转语言----写代码——编译——下载。而前面2个才是最难的。

1万 · 2010-4-20 14:55

本帖最后由 zjp8683463 于 2010-4-20 15:49 编辑

回复62楼。
你没明白的意思，我说的单片机并不是硬件，而是基于C语言的可编程芯片，只是单片机更具代表性。逻辑不等于电路，不然还要硬件工程师干什么。你可能对fpga用的很多，但我觉得你对硬件电路了解太少。
我也不是说用C来写fpga，我是说逻辑是一样的，只不过语言不同罢了。就像中文和英文来表达“苹果”，难道苹果会变成梨？
fpga画的是电路?fpga画的是逻辑图，你看谁用protel画过这样的电路？你只知道逻辑的符号，你画个非门的电路给我看看。
你那一堆逻辑符号叫电路？麻烦你先搞清楚“面包板”与fpga的区别。

1万 · 2010-4-20 18:38

本帖最后由 sleepybear 于 2010-4-20 19:23 编辑

那你理解的电路是什么？非得是一堆看得见摸得着的有源、无源器件堆在PCB或者面包板上，用铜线连在一起的才叫电路？
说说我的理解：一切电流流动的路径都叫电路。至于说这个路径上经过的是R/L/C/接插件这些无源器件，还是电路板上的芯片，或是芯片内部，其实都是一样的。什么VCC、GND，都不重要，无非都是电流流动的路径而已。而FPGA设计者所谓的“电路”，其实就是在芯片内部的。
同样是“程序”，但是单片机的“程序”跟FPGA的“程序”是不一样的。前者是基于一定的处理器架构（不管8为的还是32位的），程序是基于已有的架构（给你多少个寄存器，给你什么总线）的。而后者其实都是硬件电路（区别是在芯片内部，而非电路板上），如果你足够NB（或者说足够闲的蛋疼），完全用原理图输入也是可以的，可以没有“程序”什么事。（所谓的“硬件描述语言”，最初是用于仿真的，但是现在用于FPGA设计，其核心还是“硬件”，而“语言”只是载体，用于简化设计的载体——足够牛或者足够闲，且不考虑移植性等等，是可以完全用原理图的，而原理图的设计就是典型的电路设计方法，“描述”只是过程。）前者可以抛开“程序”吗？我才疏学浅，不知道，你给我答案吧，嘿嘿。

1万 · 2010-4-20 18:52

本帖最后由 sleepybear 于 2010-4-20 19:02 编辑

举个可能不太恰当，但是还算形象的例子：处理器和FPGA都是大房子（现在房地产话题很热门），每个房子都有一些参数：比如房子外观多大，里边分几层，在哪里放楼梯，哪里放电梯，各层又分别有几个房间，每个房间多大，什么地方开个门，什么地方开个窗户……可能从外观上看，两座房子差不多，可是内部是不一样的：
处理器这座房子内部很多参数是定了的：分几层，每层多高，每层几个房间，每个房间多大，那些房间之间有门，哪里有窗户……这些给住户（芯片的用户）时就已经定了，用户可以在这已有的架构上决定每间房间的用途（做餐厅还是做卧室或者做卫生间……），而用户可以通过合理安排这些用途，来达到效率的最大化（如果是居住，那就是居住的舒适度最高；如果是办公，那就是办公效率最高；如果做厂房，那就是生产效率最高……），但是依然要遵循一些规则，受限于已有的架构（比如给你定的楼梯在什么地方，你不能随便改动）。
而FPGA这座房子，只是给了用户一个大壳子和基本的建筑材料。至于这个壳子里边分几层，每层多高，什么地方装楼梯，什么地方装电梯，每层分几个房间，每个房间做什么用，哪里开个门，哪里开个窗户……统统都交给用户自己去决定。当然，也是由一定限制的：给定的空间和建筑材料（基本的slice或者LE资源，布线资源以及其他嵌入模块）是有数的，不能超过。如果高兴，用户把这个大壳子做成一个只有一个坑位的卫生间也是可以的。。。。
前者的住户是不需要考虑建筑本身的问题的，因为都已经给你定了，住户只需考虑如何使用现有资源来高校的完成任务（管住不管盖）。而后者则还需要考虑建筑本身的问题，除了考虑住，还要考虑一部分的盖。

1万 · 2010-4-20 20:16

本帖最后由 zjp8683463 于 2010-4-20 20:38 编辑

fpga是把你的程序变成路电路,最后变成一个硬件芯片.但电路是怎么变的根本和你没关系,如果你把这个也算成电路设计,那么当我什么都没说.
我理解的电路设计就是fpga把程序变成硬件的那部分.刚好那部分和你没关系.你在fpga里面写句话就是一个非门,你知道非门到底是怎么构成的吗?你用面包板搭个和fpga一样功能的逻辑电路来试试(只要10几个门就行了).
按你说的造房子的例子,其实fpga就是设计院,MCU是开放商.真正造房子的是城建商,是我们的农民工.最后房子好不好,关键还是看农民工和建筑工程师.就像南京的那座桥一样,设计被评为优秀奖,几个月就开裂了.
打个不恰当的例子,现在所谓fpga硬件设计就是在一个电路上拨几个开关.然后,就说这个东西是我设计的.当然拨开关也是一门学问

1万 · 2010-4-20 20:48

本帖最后由 sleepybear 于 2010-4-20 21:35 编辑

这一点恰恰是理解的分歧所在。在做FPGA设计时，工程师对生成的目标电路是应该胸中有数的：我写的代码，哪些可以变成电路（可综合），哪些不能变成电路（不可综合）；变成什么样的电路，不同的电路之间连接关系是怎样的，这些都是要心中有数的。如果只管写代码，把一切都交给软件，那是做不好FPGA设计的。从代码到电路的转换，这确实是需要借助软件来做的，但是目标电路是什么样子，是在写代码之前就要清楚的。就好比学建筑的和土木工程的都不会去亲自搬砖和泥砌墙，可他们在房子还没盖起来之前就对房子盖起来之后的样子有数了，你说他们是做什么的？
举个简单的例子：
假如我要做一个I2S接口的音频接口，传输两声道数字音频。如果用MCU，这个MCU需要需要有片上的I2S接口（固定的给你的），用户操作一般来说是基于寄存器的：有状态寄存器、控制寄存器和数据寄存器（又细分为发送和接收，分别有一套。我是以我以前做过的一款DSP为例，具体到某一款MCU可能略有不同，但大同小异），用户软件需要做的就是对这些寄存器进行操作：什么时候查询状态寄存器、什么时候写控制寄存器、什么时候读写数据寄存器……可以扔到while()里做成轮询的；也可以做成中断的；如果是带操作系统的，又有其他方式。至于这个I2S接口底层的串并转换（其实就是个串并转换），那是硬件来做的，用户是不需要知道的（就好比给你房子住，你决定不了房子的一些参数）。用户只需要写好代码，交给编译器来生成二进制文件，烧进去运行就是了。
而FPGA要是做这个I2S接口，就需要关心MCU用户不必关心的底层硬件了，而实现方式也是多种多样的：我可以纯用逻辑来做，以发送为例（接收相反）：就是一个并转串的移位寄存器，将并行数据转化成串行数据输出，并配上相应的左右声道指示信号lrck和时钟信号sclk。那我硬件上就以lrck信号切换（也就是左右声道切换）作为起始，将并行数据load进去，之后每周期做一个移位，输出一位串行数据，和相应的lrck稍作相位调整之后输出……在写代码之前，我这个模块用几个寄存器、大体是什么结构，心中已经有数了。而这只是一个实现思路，结合具体器件，我又有了不同的实现思路：这样的串并转换，消耗寄存器挺多的，而如果我做多路I2S的话，那就更多了。咦，我的器件里有富余内嵌DSP块，里边有很多不用白不用的寄存器，能不能做点**呢？所谓的并转串无非就相当于移位嘛，乘2就是了，那么我可以用DSP块来做，对相关数据做乘2运算，以实现移位，而又利用了DSP块内部的寄存器，节省了slice中的寄存器，本来用几十个寄存器的，这下只是输出端口上打那么一下用了一个……这又是一个思路。细想下去，还有其他的思路……而不管用什么思路来实现，用FPGA来做，一定是脑子里已经对目标硬件有了概念了才去写代码的。当然，你非要说：你的寄存器在什么地方，用了FPGA里的哪根连线资源……这些的确是交给软件来做的，但是理论上手工不是不能做，而有时候也确实有人为的干预：比如我用DSP来做，可芯片里那么多DSP块，具体用哪个？交给软件来分配，可能会带来时序问题，那么我就加约束，指定用某个DSP块。而如果布线结果总有时序不满足要求的，反过来工程师还需要通过加约束，甚至是修改代码（比如将延时分段）来加以修改，其实本质上跟用protel画电路板没什么区别，只是一个是在电路板上；而另一个是在FPGA内部，且一部分交给了软件，但软件输出的结果（不是指具体用了哪个LUT或者哪根连线）是要胸中有数的。而MCU用户用I2S接口，是不需要知道他用的I2S接口是移位实现的还是乘2实现的。
当然，因为I2S接口的速度很低（sclk也只有3.072MHz），用MCU的话，也可以用IO来模拟（无非都是变变化的高低电平嘛）；而用FPGA的话，那并行数据从何而来，又是涉及到系统构架的问题。这些都不是讨论的重点。

只看该作者 · 2010-4-20 21:13

楼上应该对FPGA有深入了解了。
这个帖子的战火是我挑起来的，互相讨论才有进步嘛。
真正讨论FPGA具体的构建，确又非常简单，FPGA是由大量的基本单元组成，
实际上，盗版FPGA芯片比盗版单片机还要容易。
做FPGA，真正的核心不是FPGA芯片，而是FPGA上跑的逻辑，这些逻辑大多数是可以移植到ASIC领域的。
所以，用FPGA可以做单片机，51,AVR,ARM等，但反过来不行。
打个比方，FPGA就像屠龙刀，耍得好当盟主，否则只能用来劈柴。

只看该作者 · 2010-4-21 09:04

对楼主说的深度怀疑，s3上能跑200M，除非是逻辑非常简单，至于v5没有必要在内部跑到600M，估计它也跑不到那快，用serdes就行了，各位TX对FPGA也不要太抬举了，它也就是一门手艺而已，跟学历其实关系不大

1万 · 2010-4-21 10:48

本帖最后由 zjp8683463 于 2010-4-21 10:53 编辑

MCU如果是算法级，那么fpga只是到了门级，但还没到电路级。算法级过度到门级毕竟都是逻辑组合问题。从电路级到门级或门级到电路级，是从电路原理到逻辑组合,跨度更大点。

1万 · 2010-4-21 11:48

你太学术派了。。。非要这么抠，那玩面包板就更算不上“电路”了，搭积木而已……
而事实上，按照我之前对电路的理解（电流流动的路径），其实这些都是电路，只不过观察的层次和尺度不同而已。。。
仁兄你到底有没有实际做过FPGA开发？俺虽才疏学浅，没做过单片机，但起码接触过一款DSP，ARM什么的虽然没实际做过，但是当初实验室组里有人在做，每周例会也有交流；而FPGA设计也是一直在做，对两方的设计方式和使用体验上的区别，还是有点感受的……

只看该作者 · 2010-4-21 12:15

70楼的，
spartan－3－5000，资源占用89％，跑200M有什么问题吗？
V5逻辑跑600M是我们一直在用的，V5实际上是可以跑700M的
serdes跑3G,6G，也在用。

对于极限性能的测试，我们自己设计了最优代表性的异步fifo，深度16～128，宽度可配置，不用BRAM，
spartan－3A，报告最高速度在416MHz，这个没测试，低成本方案，速度控制在200MHz以内足够。
V4-636MHz,已测试500MHz
V5-770MHz,已测试700MHz
V6-1007MHz，没芯片测试

只看该作者 · 2010-4-21 12:37

嗯，比较厉害。spartan3跑200M，说明逻辑设计非常优秀

只看该作者 · 2010-4-21 12:58

回73楼，资源用89%不能说明你的200M时钟这一部分的逻辑复杂，对于厂商提供的最大时钟能力我一直有点怀疑，如果你能让一个复杂的状态机跑到700M说明你不光是代码写的好，对芯片的资源分配也比较有心得，能不能把你的设计的par结果给我瞻仰一下，如果真的能跑这么快对我以后的设计也有重要参考作用，谢谢

只看该作者 · 2010-4-21 13:05

我们公司FPGA组的都是本科生，没感觉有什么不行，一样做产品。应该是说需要掌握数电模电等技术才对吧？

只看该作者 · 2010-4-21 19:53

继续回73楼，如果觉得布线结果涉及你们公司机密的话，大概说说你的设计里面时钟的fanout和对底层资源规划使用了那些工具或者约束手段也行：）否则我真的很难想象s3也能跑到4百多M，另外为什么你们公司只用fifo来测试芯片的性能，是做ASIC的FPGA验证吗，别怪我问题多，只是好奇心比较强，嘿嘿

只看该作者 · 2010-4-21 23:23

我现在还不是很清楚FPGA到底可以干什么，总是一个狭隘的概念。FPGA有强势的逻辑功能。当然我们大多都是用的，不是设计FPGA芯片，可以看做工具。但是每个工具都有自己的优势，像逻辑功能，嵌入式内核（如nios），dsp算法，还是有不太同的方面。可是，像通信，视频，信号处理等，有一定的优势，但是dsp也有一定的优势，可是，以后会怎么样，还是不太了解啊，但是FPGA还是很热的

只看该作者 · 2010-4-22 01:19

没发现在“全定制专用高性能” 和 “全可编程通用普通性能” 之间有很多类型的器件么。

数字系统中已有的全定制电路，基于cell的，基于处理器的，和正在崛起的可编程器件以后会更加融合，界限更加模糊。
在这几个山头之间，还有一些模糊地带，也有一些器件，不过规模都不大

目前在做的提高性能，降低功耗，减少和竞争目标之间的鸿沟，同时通过自身的设计灵活性来吸引客户。
我估计这个鸿沟很难完全填满，各方只能是尽量扬长避短。而且硅的性能也快到头了。
以后会有新的材料，新的工艺。

不过“全定制专用高性能” 和 “全可编程通用普通性能” 这个理念上的竞争，恐怕还会继续下去。

只看该作者 · 2010-4-22 11:04

凡事无绝对，术业有专攻。

开贴,讲哪些人适合做FPGA

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