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小梅哥和你一起深入學習FPGA之初學者指南

發布時間:2016-4-13 21:20    發布者:小梅哥
關鍵詞: FPGA , nios , SOPC , 小梅哥 , 芯航線
感謝論壇給我的諸多照顧,通過和廣大電子愛好者深入交流,我真正了解到了很多初學者的困惑。特權同學的深入淺出玩轉FPGA系列教程確實不錯,想當初,我也是靠著他的視頻教程入門的。跟著特權同學的教程,我們能夠很快學會QuartusII軟件的使用,也能夠做一些簡單的實驗。但是跟著他的教程走了大半年,后來又跟著黑金的教程走了大半年,還有CrazyBingo的VIP教程。感覺他們都很厲害,能夠做出那么優秀的設計,可是自己卻一直不得要領,出了問題就是找不到原因,不知道怎么去解決。直到我在業界幾位大師的帶領下系統的學習了一段時間后,我才真正的能夠自己進行獨立的FPGA系統設計?偨Y我這一年半時間的FPGA學習經歷,有以下心得:
一、正確的設計方法尤為重要
    很多初學者,包括絕大多數的高校EDA課程,都沒有教給學生正確的設計方法,可以這么說,很多高校的授課老師對這門技術的掌握也是連入門的要求都沒達到,他們要么干脆不知道要仿真,要么就用Quartus II自帶的繪制波形的仿真軟件進行簡單的測試,很少有老師教學生怎么去進行系統的仿真,更少有老師教學生進行testbench的編寫。前天接觸一個進行EDA教學的老師,課程實驗要求里面說了要進行仿真,但是他不要求學生仿真,究其原因,他自己說的是因為他自己不會寫testbench。每天在各大論壇,有那么多的學生在網上咨詢著一些入門級的問題,讓我們不得不嗟嘆,很多大學的課程教學,是很失敗的。我以前自學FPGA的時候,也覺得testbench的編寫特別的難,想跟人學,卻沒有人教。導致一直止步不前,對自己所寫的代碼,執行時會是怎么樣一個效果,心里完全沒有一個清晰的概念。即那時候的學習,還只停留在代碼層,完全沒有理解FPGA的工作實質。只是看著別人這么寫能行,我也就這么寫了。當后來學會了仿真之后,突然一下子就全部理解了,知道了自己的每一行代碼生成的電路在執行的時候會是什么情況,知道了FPGA時序設計的本質,知道了怎么通過仿真結果去修改和優化自己的設計。因此,這里我主要就是想說,FPGA設計并不難,只要學習者掌握了正確的學習方法。
二、學習參考很重要
    在開始學習的過程中,總會遇到各種各樣的困難:軟件使用不熟練、語法不熟練、基本原理不熟練等等,都會嚴重打擊初學者的積極性。那么針對這三個問題,小梅哥的建議則是:軟件不熟練,就跟著視頻教程一步一步走,Altera官網有一套視頻教程,這些教程由官方出品,具有極高的參考價值,另外,目前網上很多FPGA愛好者也出了有視頻教程,如果只是想單純的學習軟件的使用,跟著這些視頻教程來走是非常適合的;語法不熟練,就需要去看書了,目前講verilog語法的書滿天飛,但是實際又有多大的價值呢。個人認為,夏宇聞老師的經典教材《Verilog數字設計教程》絕對是一本好書。這本書將Verilog語法的精髓講的淋漓盡致,對于可綜合語法和不可綜合語法都很看重,這是其他教材所無法達到的。雖然做FPGA設計,代碼必須能夠是可綜合的,這樣才能生成有意義的電路,才能被下載到FPGA芯片中去執行。因此,絕大部分教材就只講了可綜合的設計語法,對于不可綜合的語法,只是簡單的一帶而過,這其實是非常錯誤的觀點。正確的FPGA設計流程,應該是在開發環境中仿真無誤后才進行板級驗證,而在仿真的過程中,要想使仿真結果能夠全面可靠,不可綜合的語法運用相當重要。只有運用好了這些語法,我們才能夠編寫出好的測試文件,對我們的設計進行全面的測試。因此,那些認為不可綜合語法不重要的人,大部分對于仿真測試這一塊沒有深刻的認識。因此,他們也就無法進行很多創新設計和復雜的系統設計。對于連基本電路原理都不熟悉的人,小梅哥就感覺有點無能為力了,只能希望你自己能夠多多在網上查閱資料,將基本原理弄清楚。小梅哥從小學六年級拆開自己一臺嶄新的復讀機,接觸花花綠綠的電路板開始,到如今,也已經有了十多個年頭,這十年,小梅哥無時不刻不在被電子技術的強大魅力所吸引,義無反顧的投入到電子技術的學習中。電子技術的學習,需要激情,需要耐力。
給初學者的學習建議:
  • 最開始不要急于求成,一定要掌握正確的設計流程和設計方法,這里應該強烈要求大家使用modelsim-Altera軟件對我們的編寫代碼進行仿真,而不是簡單的“代碼編寫》編譯》下板測試》修改代碼”的方式,正確的方式應該為“代碼編寫》功能仿真調試》編譯》門級仿真》下板測試”。仿真第一可以節約時間,第二可以讓我們對FPGA內部的信號工作時序有非常清晰的認識,使我們能以最快的速度掌握FPGA的設計思想,第三可以培養自主設計能力;
  • 初學者,可能需要花費半個月左右的時間,每天寫代碼,甚至是抄代碼,來熟悉語法。在這個過程中,一定會遇到各種各樣的問題,大家肯定會遇到語法錯誤、符號錯誤、設計錯誤。即使沒有錯誤,代碼寫好后也無法實現預期的效果,此時,最簡單有效的方式就是在論壇提問,相信論壇上會有很多高手在這里。小梅哥實在不算是高手,但是我作為版主,也會天天在論壇里回答各種提問。
  • 依葫蘆畫瓢,這個過程大家可以對著我們開發板提供的教程和代碼,依葫蘆畫瓢,來了解各種外設的驅動原理。我們的開發板所提供的代碼都是只是簡單的提供了對外設的功能驗證,也是為了使初學者能夠盡快的掌握。因此,當各位學習有一定感悟后,就可以開始著手自己修改、優化我們的代碼,甚至重新編寫屬于你自己的代碼;
  • 創新設計,此時,大家可以尋找手邊現有的器件,如各種接口的ADC,傳感器,來使用FPGA編寫驅動,實現功能。當這一步完成后,大家就基本步入了FPGA開發的大門。此時,也就達到了FPGA初學者的水平。

建議的FPGA學習實驗順序:
基本外設:
  • 按鍵
  • 數碼管
  • 蜂鳴器

時序器件:
  • ADCTLC549
  • DACTLC5620
  • PS2鍵盤
  • UART串口
  • IICAT24C64
  • SPI協議

存儲器IP的使用:
  •        FIFO
  •        RAM
  •        ROM
  • ……


綜合實驗,將上面的一些外設,采用自頂向下的結構,設計一些綜合實驗,來實現自己的創意。
以上為FPGA初級班課程的學生需要達到的要求。更多資料請大家隨時關注論壇FPGA板塊中的資料更新。

如有任何疑問,歡迎加入芯航線FPGA學習支持群(472607506)進行討論

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