《電子技術(shù)應(yīng)用》
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為什么說(shuō)學(xué)好FPGA,,首先要掌握HDL

2018-05-28
關(guān)鍵詞: FPGA HDL CPU

  入門首先要掌握HDL(HDL=verilog+VHDL)

  第一句話是:還沒學(xué)數(shù)電的先學(xué)數(shù)電。然后你可以選擇verilog或者VHDL,,有C語(yǔ)言基礎(chǔ)的,,建議選擇VHDL,。因?yàn)関erilog太像C了,很容易混淆,,最后你會(huì)發(fā)現(xiàn),,你花了大量時(shí)間去區(qū)分這兩種語(yǔ)言,而不是在學(xué)習(xí)如何使用它,。當(dāng)然,,你思維能轉(zhuǎn)得過(guò)來(lái),也可以選verilog,,畢竟在國(guó)內(nèi)verilog用得比較多,。

  接下來(lái),首先找本實(shí)例抄代碼,。抄代碼的意義在于熟悉語(yǔ)法規(guī)則和編譯器(這里的編譯器是硅編譯器又叫綜合器,,常用的編譯器有:Quartus、ISE,、Vivado,、Design Compiler 、Synopsys的VCS,、iverilog,、Lattice的Diamond、Microsemi/Actel的Libero,、Synplify pro),,然后再模仿著寫,最后不看書也能寫出來(lái),。編譯完代碼,,就打開RTL圖,看一下綜合出來(lái)是什么樣的電路,。

  HDL是硬件描述語(yǔ)言,,突出硬件這一特點(diǎn),所以要用數(shù)電的思維去思考HDL,,而不是用C語(yǔ)言或者其它高級(jí)語(yǔ)言,,如果不能理解這句話的,可以看《什么是硬件以及什么是軟件》,。在這一階段,,推薦的教材是《Verilog傳奇》、《Verilog HDL高級(jí)數(shù)字設(shè)計(jì)》或者是《用于邏輯綜合的VHDL》,。不看書也能寫出個(gè)三段式狀態(tài)機(jī)就可以進(jìn)入下一階段了,。

  此外,你手上必須準(zhǔn)備Verilog或者VHDL的官方文檔,,《verilog_IEEE官方標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)-2005_IEEE_P1364》,、《IEEE Standard VHDL Language_2008》,,以便遇到一些語(yǔ)法問題的時(shí)候能查一下。

  二

  獨(dú)立完成中小規(guī)模的數(shù)字電路設(shè)計(jì)

  現(xiàn)在,,你可以設(shè)計(jì)一些數(shù)字電路了,,像交通燈、電子琴,、DDS等等,,推薦的教材是夏老《Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程》(第三版)。在這一階段,,你要做到的是:給你一個(gè)指標(biāo)要求或者時(shí)序圖,,你能用HDL設(shè)計(jì)電路去實(shí)現(xiàn)它。這里你需要一塊開發(fā)板,,可以選Altera的cyclone IV系列,或者Xilinx的Spantan 6,。還沒掌握HDL之前千萬(wàn)不要買開發(fā)板,,因?yàn)槟阗I回來(lái)也沒用。這里你沒必要每次編譯通過(guò)就下載代碼,,咱們用modelsim仿真(此外還有QuestaSim,、NC verilog、Diamond的Active-HDL,、VCS,、Debussy/Verdi等仿真工具),如果仿真都不能通過(guò)那就不用下載了,,肯定不行的,。在這里先掌握簡(jiǎn)單的testbench就可以了。推薦的教材是《WRITING TESTBENCHESFunctional Verification of HDL Models》,。

  三

  掌握設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原則

  你可能發(fā)現(xiàn)你綜合出來(lái)的電路盡管沒錯(cuò),,但有很多警告。這個(gè)時(shí)候,,你得學(xué)會(huì)同步設(shè)計(jì)原則,、優(yōu)化電路,是速度優(yōu)先還是面積優(yōu)先,,時(shí)鐘樹應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì),,怎樣同步兩個(gè)異頻時(shí)鐘等等。推薦的教材是《FPGA權(quán)威指南》,、《IP核芯志-數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)思想》,、《Altera FPGA/CPLD設(shè)計(jì)》第二版的基礎(chǔ)篇和高級(jí)篇兩本。學(xué)會(huì)加快編譯速度(增量式編譯,、LogicLock),,靜態(tài)時(shí)序分析(timequest),,嵌入式邏輯分析儀(signaltap)就算是通關(guān)了。如果有不懂的地方可以暫時(shí)跳過(guò),,因?yàn)檫@部分還需要足量的實(shí)踐,,才能有較深刻的理解。

  四

  學(xué)會(huì)提高開發(fā)效率

  因?yàn)镼uartus和ISE的編輯器功能太弱,,影響了開發(fā)效率,。所以建議使用Sublime text編輯器中代碼片段的功能,以減少重復(fù)性勞動(dòng),。Modelsim也是常用的仿真工具,,學(xué)會(huì)TCL/TK以編寫適合自己的DO文件,使得仿真變得自動(dòng)化,,推薦的教材是《TCL/TK入門經(jīng)典》,。你可能會(huì)手動(dòng)備份代碼,但是專業(yè)人士都是用版本控制器的,,所以,,為了提高工作效率,必須掌握GIT,。文件比較器Beyond Compare也是個(gè)比較常用的工具,。此外,你也可以使用System Verilog來(lái)替代testbench,,這樣效率會(huì)更高一些,。如果你是做IC驗(yàn)證的,就必須掌握System Verilog和驗(yàn)證方法學(xué)(UVM),。推薦的教材是《Writing Testbenches usingSystemVerilog》,、《The UVM Primer》、《System Verilog1800-2012語(yǔ)法手冊(cè)》,。

  掌握了TCL/TK之后,,可以學(xué)習(xí)虛擬Jtag(ISE也有類似的工具)制作屬于自己的調(diào)試工具,此外,,有時(shí)間的話,,最好再學(xué)個(gè)python。腳本,,意味著一勞永逸,。

  五

  增強(qiáng)理論基礎(chǔ)

  這個(gè)時(shí)候,你已經(jīng)會(huì)使用FPGA了,,但是還有很多事情做不了(比如,,F(xiàn)IR濾波器、PID算法、OFDM等),,因?yàn)槔碚摏]學(xué)好,。我大概地分幾個(gè)方向供大家參考,后面跟的是要掌握的理論課,。

  1,、信號(hào)處理——信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理,、數(shù)字圖像處理,、現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、盲信號(hào)處理,、自適應(yīng)濾波器原理,、雷達(dá)信號(hào)處理

  2、接口應(yīng)用——如:UART,、SPI,、IIC、USB,、CAN,、PCIE、Rapid IO,、DDR、TCP/IP,、SPI4.2(10G以太網(wǎng)接口),、SATA、光纖,、DisplayPort

  3,、無(wú)線通信——信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理,、通信原理,、移動(dòng)通信基礎(chǔ)、隨機(jī)過(guò)程,、信息論與編碼

  4,、CPU設(shè)計(jì)——計(jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī),、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),、編譯原理

  5、儀器儀表——模擬電子技術(shù),、高頻電子線路,、電子測(cè)量技術(shù)、智能儀器原理及應(yīng)用

  6、控制系統(tǒng)——自動(dòng)控制原理,、現(xiàn)代控制理論,、過(guò)程控制工程、模糊控制器理論與應(yīng)用

  7,、壓縮,、編碼、加密——數(shù)論,、抽象代數(shù),、現(xiàn)代編碼技術(shù)、信息論與編碼,、數(shù)據(jù)壓縮導(dǎo)論,、應(yīng)用密碼學(xué)、音頻信息處理技術(shù),、數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理

  現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn),,原來(lái)FPGA會(huì)涉及到那么多知識(shí),你可以選一個(gè)感興趣的方向,,但是工作中很有可能用到其中幾個(gè)方向的知識(shí),,所以理論還是學(xué)得越多越好。如果你要更上一層,,數(shù)學(xué)和英語(yǔ)是不可避免的,。

  六

  學(xué)無(wú)止境

  能到這個(gè)境界,說(shuō)明你已經(jīng)很厲害了,,但是還有很多東西要學(xué)的,,因?yàn)镕PGA常常要跟CPU交互,也就是說(shuō)你得經(jīng)常跟軟件工程師交流,,所以也得懂點(diǎn)軟件方面的知識(shí),。比如ARM(Xilinx的ZYNQ和Altera的SOC會(huì)用到ARM的硬核,請(qǐng)參考本博客的《如何學(xué)習(xí)嵌入式軟件》),、DSP,、Linux、安卓,、上位機(jī)(QT,、C#、JAVA)都可以學(xué)一下,,反正學(xué)無(wú)止境的,。


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