入門首先要掌握HDL(HDL=verilog+VHDL)
第一句話是:還沒學數(shù)電的先學數(shù)電。然后你可以選擇verilog或者VHDL,有C語言基礎的,建議選擇VHDL。因為verilog太像C了,很容易混淆,最后你會發(fā)現(xiàn),你花了大量時間去區(qū)分這兩種語言,而不是在學習如何使用它。當然,你思維能轉得過來,也可以選verilog,畢竟在國內(nèi)verilog用得比較多。
接下來,首先找本實例抄代碼。抄代碼的意義在于熟悉語法規(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。編譯完代碼,就打開RTL圖,看一下綜合出來是什么樣的電路。
HDL是硬件描述語言,突出硬件這一特點,所以要用數(shù)電的思維去思考HDL,而不是用C語言或者其它高級語言,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高級數(shù)字設計》或者是《用于邏輯綜合的VHDL》。不看書也能寫出個三段式狀態(tài)機就可以進入下一階段了。
此外,你手上必須準備Verilog或者VHDL的官方文檔,《verilog_IEEE官方標準手冊-2005_IEEE_P1364》、《IEEE Standard VHDL Language_2008》,以便遇到一些語法問題的時候能查一下。
二
獨立完成中小規(guī)模的數(shù)字電路設計
現(xiàn)在,你可以設計一些數(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)設計教程》(第三版)。在這一階段,你要做到的是:給你一個指標要求或者時序圖,你能用HDL設計電路去實現(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之前千萬不要買開發(fā)板,因為你買回來也沒用。這里你沒必要每次編譯通過就下載代碼,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那就不用下載了,肯定不行的。在這里先掌握簡單的testbench就可以了。推薦的教材是《WRITING TESTBENCHESFunctional Verification of HDL Models》。
三
掌握設計方法和設計原則
你可能發(fā)現(xiàn)你綜合出來的電路盡管沒錯,但有很多警告。這個時候,你得學會同步設計原則、優(yōu)化電路,是速度優(yōu)先還是面積優(yōu)先,時鐘樹應該怎樣設計,怎樣同步兩個異頻時鐘等等。推薦的教材是《FPGA權威指南》、《IP核芯志-數(shù)字邏輯設計思想》、《Altera FPGA/CPLD設計》第二版的基礎篇和高級篇兩本。學會加快編譯速度(增量式編譯、LogicLock),靜態(tài)時序分析(timequest),嵌入式邏輯分析儀(signaltap)就算是通關了。如果有不懂的地方可以暫時跳過,因為這部分還需要足量的實踐,才能有較深刻的理解。
四
學會提高開發(fā)效率
因為Quartus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,以減少重復性勞動。Modelsim也是常用的仿真工具,學會TCL/TK以編寫適合自己的DO文件,使得仿真變得自動化,推薦的教材是《TCL/TK入門經(jīng)典》。你可能會手動備份代碼,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也是個比較常用的工具。此外,你也可以使用System Verilog來替代testbench,這樣效率會更高一些。如果你是做IC驗證的,就必須掌握System Verilog和驗證方法學(UVM)。推薦的教材是《Writing Testbenches usingSystemVerilog》、《The UVM Primer》、《System Verilog1800-2012語法手冊》。
掌握了TCL/TK之后,可以學習虛擬Jtag(ISE也有類似的工具)制作屬于自己的調(diào)試工具,此外,有時間的話,最好再學個python。腳本,意味著一勞永逸。
五
增強理論基礎
這個時候,你已經(jīng)會使用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),因為理論沒學好。我大概地分幾個方向供大家參考,后面跟的是要掌握的理論課。
1、信號處理——信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、現(xiàn)代數(shù)字信號處理、盲信號處理、自適應濾波器原理、雷達信號處理
2、接口應用——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、無線通信——信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、移動通信基礎、隨機過程、信息論與編碼
4、CPU設計——計算機組成原理、單片機、計算機體系結構、編譯原理
5、儀器儀表——模擬電子技術、高頻電子線路、電子測量技術、智能儀器原理及應用
6、控制系統(tǒng)——自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、過程控制工程、模糊控制器理論與應用
7、壓縮、編碼、加密——數(shù)論、抽象代數(shù)、現(xiàn)代編碼技術、信息論與編碼、數(shù)據(jù)壓縮導論、應用密碼學、音頻信息處理技術、數(shù)字視頻編碼技術原理
現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn),原來FPGA會涉及到那么多知識,你可以選一個感興趣的方向,但是工作中很有可能用到其中幾個方向的知識,所以理論還是學得越多越好。如果你要更上一層,數(shù)學和英語是不可避免的。
六
學無止境
能到這個境界,說明你已經(jīng)很厲害了,但是還有很多東西要學的,因為FPGA常常要跟CPU交互,也就是說你得經(jīng)常跟軟件工程師交流,所以也得懂點軟件方面的知識。比如ARM(Xilinx的ZYNQ和Altera的SOC會用到ARM的硬核,請參考本博客的《如何學習嵌入式軟件》)、DSP、Linux、安卓、上位機(QT、C#、JAVA)都可以學一下,反正學無止境的。