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FPGA-从头学起

已有 2514 次阅读2013-7-3 21:51 |个人分类:FPGA学习之路

从头学起FPGA

最近几天看了挺多的论坛，也发现很多人在博客或者论坛中，开始着自己的学习，然后记录下这些进步和过程。于是，我也想借助于这种形式，记录学习的步骤，以及收获的点滴，督促自己可以好好学下去。

首先介绍一下自己的情况。我现在研一，差不多从大二开始接触电子设计方面的东西，一开始学习了单片机，最初的入门还是从郭天祥老师的教程开始的（郭老师真是楷模，他的教程让一个个热爱电子的我们有了最开始的认知和基础），之后参加了各种比赛，也获得了不少荣誉，但更多的是认识了一批优秀的学长、学姐。之后学习了AVR和自己DIY开发板，用一些最简单的设备来制作电路板（熨斗、三氯化铁，铜板、自己做的小电钻…）。一开始学起来确实很吃力，但还是坚持了下来。后来随着一些后续如单片机、电路、模电、数电，DSP，可编程逻辑器件等课程的学习，对自己掌握的知识有了更深入的理解。现在研一快结束了，很遗憾自己找了一个纯做雷达数据处理算法的老师，这一年来，基本是在上课，看论文，做matlab仿真，硬件的东西都是零散着学，学的不系统。虽然上学期自己总是泡图书馆，看各种硬件设计书籍，但理论终究是理论，并没有带来实质性的提高。直到最近看了阿莫论坛中静静的ARM学习笔记，突然醒悟，觉得自己不能就这样过完研究生生活，毕竟自己以后还是希望以硬件研发为职业的。记得看过这样一句话：找工作一定要找一个自己喜欢的，这样一整天的生活都是快乐的。在这里，我挺想对前辈们说，你们其实是挺幸福的，每天为了自己喜欢的事业而努力的日子是充实的。似乎是有点跑题了，毕竟第一次这么写东西，感觉还是有些拘谨~下面步入正题：

之所以命名为从头学起FPGA，是因为自己在本科时已经接触了它，而且毕业设计做的也是关于FPGA的，其中时许约束、状态机等都没有涉及到，自己对它不是很满意，总之还是忽略了它吧。首先还是学习一些FPGA的基本概念吧：

1. FPGA介绍（部分参考百度百科O(∩_∩)O）

FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。

FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积（最开始还是从郭老师的书中得知的），提高系统的可靠性。

2 Altera与Xilinx

现在市场FPGA主流供应商是这两家公司，个人感觉两家的产品差不多，一般这家公司推出新的产品，另一家必定会有与之对应的产品。Altera在国内的公司应用特别广泛，而Xilinx在高校和研究所中露脸机会较多。记得上课老师解释这种现象时说，Xilinx做的产品比Altera更稳定，更符合军方的要求和适用条件。这两家公司的产品我都用过，但接触更多的还是A，个人感觉，A做的软件Quartus比ISE好用多了，更符合国人的习惯~有一次要做实验，老师实验指导书中都是基于ISE的，我一开始是用的ISE，后来觉得不舒服，还是换做Quartus完成的作业，也许这就叫先入为主的，O(∩_∩)O。还记得，当时一开始学习FPGA时，用的就是X家的，我画了接近一周多，才有点弄明白建工程啥的…囧。对于刚开始学习FPGA时，我的建议是学习Altera的，不是打广告，前辈们口下留情~

3 Verilog or VHDL

两者都是硬件描述语言，具体渊源大家可以自行问度娘，其中VHDL是军方出品，所以在语法等方面会更严格些，在很多高校都是教授的VHDL，至少我们学校时这样的;verilog跟c语言很相近（我现在觉得好多编程语言都是大同小异的吧），在公司中比较流行。我一开始接触的是VHDL，感觉网上对verilog的资料会更多一些，因此我决定开始学习verilog，这个笔记也将用verilog来作为编程语言（不过，这段时间确实有点不适应，总是想用vhdl来写…）。