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[導讀]回想起自己學FPGA,已經有一段時間了,從開始的茫然,到后來的瘋狂看書,設計開發(fā)板,調電路,練習各種FPGA實例,到最后能獨立完成項目,一路走來,感受頗多,拿出來和大家分享,順便介紹下自己的一點經驗所得,希望

回想起自己學FPGA,已經有一段時間了,從開始的茫然,到后來的瘋狂看書,設計開發(fā)板,調電路,練習各種FPGA實例,到最后能獨立完成項目,一路走來,感受頗多,拿出來和大家分享,順便介紹下自己的一點經驗所得,希望對初學者有所幫助。

廢話不說了,下面進入正題,學習FPGA我主要經歷了這么幾個階段:

①、Verilog語言的學習,熟悉Verilog語言的各種語法。

②、FPGA的學習,熟悉QuartusII軟件的各種功能,各種邏輯算法設計,接口模塊(RS232,LCD,VGA,SPI,I2c等)的設計,時序分析,硬件優(yōu)化等,自己開始設計簡單的FPGA板子。

③、NiosII的學習,熟悉NiosII的開發(fā)流程,熟悉開發(fā)軟件(SOPC,NiosII IDE),了解NiosII的基本結構,設計NiosII開發(fā)板,編寫NiosII C語言程序,調試板子各模塊功能。

先來說說第一個階段,現在主要的硬件描述語言有VHDL,Verilog兩種,在本科時老師一般教VHDL,不過現在

Verilog用的人越來越多,其更容易上手(與C語言語法比較類似),也更靈活,現在的IC設計基本都用Verilog。像systemC,systemVerilog之類的應該還在萌芽階段,以后可能會有較大發(fā)展。鑒于以上原因我選擇了Verilog作為我學習的硬件描述語言。

其實有C語言的基礎,學起Verilog的語言很簡單,關鍵要有并行的概念,所有的module,assign,always都是并行的,這一點與軟件語言有明顯不同。這里推薦幾本評價比較好的學習Verilog的書籍:

①、《verilog 數字系統(tǒng)設計教程》,這本書對于入門是一本很好的書,通俗易懂,讓人很快上手,它里面的例子也不錯。但本書對于資源優(yōu)化方面的編程沒有多少涉及到。

②、《設計與驗證Verilog HDL》,這本書雖然比較薄,但是相當精辟,講解的也很深入,很多概念看了這本書有種豁然開朗的感覺,呵呵。

學習Verilog其實不用看很多書,基本的語法部分大家都一樣,關鍵是要自己會靈活應用,多做練習。

Verilog語言學了一段時間,感覺自己可以編點東西,希望自己編的程序在板子上運行看看結果,下面就介紹我學習的第二個階段。

剛開始我拿了實驗室一塊CPLD的開發(fā)板做練習,熟悉QuartusII的各種功能,比如IP的調用,各種約束設置,時序分析,Logiclock設計方法等,不過做到后面發(fā)現CPLD的資源不太夠(沒有內嵌的RAM、不能用SignalTapII,LE太少等),而實驗室沒有FPGA開發(fā)板,所以就萌生了自己做FPGA開發(fā)板的意圖,剛好Cadence我也學的差不多了,就花了幾天時間主要研究了FPGA配置電路的設計,在板子上做了Jtag和AS下載口,在做了幾個用戶按鍵和LED,其他的口全部引出作為IO口,電路比較簡單,板子焊好后一調就通了(心里那個爽啊...)。我選的FPGA是cycloneII系列的EP2C5,資源比以前的FPGA多了好幾倍,還有PLL,內嵌的RAM,可以試試SignalTapII,用內嵌的邏輯分析儀測試引腳波形,對于FPGA的調試,邏輯分析儀是至關重要的。利用這塊板子我完成了項目中的幾個主要功能:RS232通信,指令譯碼,配置DDS,AD數據高速緩存,電子開關狀態(tài)設置等,在實踐中學習起來真的比平時快很多,用到什么學什么動力更大。這個時候我主要看的數據有這幾本感覺比較好:

①、《Altera FPGA/CPLD 設計(基礎篇)》:講解一些基本的FPGA設計技術,以及QuartusII中各個工具的用法(IP,RTL,SignalProbe,SignalTapII,Timing Closure Floorplan,chip Editor等),對于入門非常好。

②、《Altera FPGA/CPLD 設計(高級篇)》:講解了一些高級工具的應用,LogicLock,時序約束很分析,設計優(yōu)化,也講述了一些硬件編程的思想,作為提高用。

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③、《FPGA設計指南--器件,工具和流程》:這本書看了他的目錄忍不住就買了,這本書講述了FPGA設計的各個方面,雖然每個方面都是點到為止,但能讓你有個整體的概念,了解FPGA的所有設計功能,了解FPGA開發(fā)的整個流程。

④其實最好的學習網站莫過于Altera的官方網站,不過很多人一看到英語就不想看,其實上面的英文很簡單,很多時候不敢看是因為對自己沒信心或心靜不下來看。不過官方網站上資料很多,剛開始可能會覺得資料安排的有點亂,不方便查找,以后有時間我列個資料的鏈接目錄,整理一下,方便大家查找。

到這里,自己最FPGA的學習有一段時間了,練習了很多實例,自己也編寫了不少程序,也有了一些項目經驗,算是對FPGA有些了解了。在不斷的學習中發(fā)現FPGA不僅可以做邏輯設計,算法設計等,還能做嵌入式開發(fā),altera先后開發(fā)了Nios,NiosII兩款FPGA的嵌入式軟核,并有配套的軟件,剛開始看到這些我真是心中突然豁然開朗,學習真的是無止境,又一個全新的領域擺在我面前,我決定學習NiosII,要學就要學最好。

剛開始入門是很痛苦的,嵌入式設計需要從硬件到驅動到軟件全部熟悉,硬件系統(tǒng)問題還不是很大(以前做過單片機,DSP等MCU),處理器的架構心里還有點數,對于驅動和軟件工程,剛開始學習真的很頭痛。NiosII應該還算比較新的內容(應該是2004年出的),國內的書籍不算很多,網上這方面的資料也比較零碎,所以我就開始將Altera網站上這方面的資料系統(tǒng)的看一邊,這里推薦幾本網站上的handbook:

①、Embedded Design Handbook

②、Nios II Processor Reference Handbook

③、Nios II Software Developer's Handbook

④、Quartus II Handbook, Volume 4: SOPC Builder

⑤、Quartus II Handbook, Volume 5: Embedded Peripherals

看完這些handbook,總算基本明白整個架構,軟硬件設計方法,驅動的編寫等,感覺自己可以編一些嵌入式的程序了,不過雖然前面做的那塊ep2c5的板子支持NiosII系統(tǒng),不過對于嵌入式設計來說還是顯得單薄了一點,沒有SDRAM,Flash這兩個比較基本的模塊,Ep2C5內嵌的RAM太小,程序寫不大,而且每次總要絞盡腦汁優(yōu)化程序代碼大小,很多時候優(yōu)化了后函數功能會受到限制,不利于初學者,也不利于調試。所以到這里我有產生了自己做一塊Nios開發(fā)板的想法(直接買比較貴,自己做便宜,而且還能鍛煉自己,一舉兩得),通過借鑒其他開發(fā)板,選擇自己開發(fā)板上需要包含什么模塊,確定各個模塊使用什么芯片,閱讀各個芯片的datasheet,畫出原理圖并做出PCB圖,這塊板子我選的是Ep2c8Q208,比上一塊資源又將近多了一倍,板子上還有以下模塊:SDRAM,Flash,EPCS4,RS232,USB,VGA,PS2,AD,DA,LCD等,滿足了一般開發(fā)板的配置要求。板子回來以后調試了四五天,(flash工作了,LCD顯示了,RS232通了,USB通了,AD,DA工作了,SDRAM正常了...),真是每天都有驚喜,每個模塊都編寫了NiosII軟件測試程序,調試硬件的時候對軟件的運行也更熟悉了。在這次調試的過程中真的學到了很多,為此專門寫了好幾頁調試筆記,下次拿出來和大家一起分享?,F在硬件平臺有了,NiosII也了解的差不多了,終于可以自己編寫一些規(guī)模大一點的程序了。

以后的路還很長,不過也有很多驚喜在等著我們......

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