献上有关FPGA的学习经验

只看该作者 · 2011-7-28 16:38

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。
起步阶段不希望报一些培训班，除非你有钱，或者运气好，碰到一个水平高、又想把自己的经验和别人共享的培训老师，不然的话，培训完后总会感觉自己是一个冤大头。入门阶段可以在利用网络资源完成。
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。
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。