回想起自己學FPGA,已經(jīng)有一段時間了,從開始的茫然,到后來的瘋狂看書,設(shè)計開發(fā)板,調(diào)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(jīng)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(jīng)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(shè)計,接口模塊(RS232,LCD,VGA,SPI,I2c等)的設(shè)計,時序分析,硬件優(yōu)化等,自己開始設(shè)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(jié)構(gòu),設(shè)計NiosII開發(fā)板,編寫NiosII C語言程序,調(diào)試板子各模塊功能。
先來說說第一個階段,現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在的IC設(shè)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(chǔ),學起Verilog的語言很簡單,關(guān)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(shù)字系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(guān)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(jié)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(diào)用,各種約束設(shè)置,時序分析,Logiclock設(shè)計方
法等,不過做到后面發(fā)現(xiàn)CPLD的資源不太夠(沒有內(nèi)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(shè)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(diào)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(nèi)嵌的RAM,可以試試SignalTapII,用內(nèi)嵌的邏輯分析儀
測試引腳波形,對于FPGA的調(diào)試,邏輯分析儀是至關(guān)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(shù)
據(jù)高速緩存,電子開關(guān)狀態(tài)設(shè)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(shù)據(jù)有這幾本感覺比較好:
①、《Altera FPGA/CPLD
設(shè)計(基礎(chǔ)篇)》:講解一些基本的FPGA設(shè)計技術(shù),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(shè)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(shè)計優(yōu)化,也講述了一些硬件編程的思想,作為提高用。
③、《FPGA設(shè)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(shè)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(shè)計功能,了解FPGA開發(fā)的整個流程。
④、在這里也推薦幾個學習FPGA比較好的論壇
http://www.edacn.net/bbs
http://www.eetop.cn/
⑤、其實最好的學習網(wǎng)站莫過于Altera的官方網(wǎng)站www.altera.com,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(wǎng)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(jīng)驗,算是對FPGA有些了解了。在不斷的學習中發(fā)現(xiàn)
FPGA不僅可以做邏輯設(shè)計,算法設(shè)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(lǐng)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(shè)計需要從硬件到驅(qū)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(gòu)心里還有點
數(shù),對于驅(qū)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(nèi)容(應該是2004年出的),國內(nèi)的書籍不算很多,網(wǎng)上這方面的資料也比 較零碎,所以我就開始將Altera網(wǎng)站上這方面的資料系統(tǒng)的看一邊,這里推薦幾本網(wǎng)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(gòu),軟硬件設(shè)計方法,驅(qū)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(shè)計來說還是顯得單薄了一點,沒有SDRAM,F(xiàn)lash這兩個比較基本的模塊,Ep2C5內(nèi)嵌的RAM太小,
程序?qū)懖淮?,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(shù)功能會受到限制,不利于初學者,也不利于調(diào)試。所以到這里我有產(chǎn)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,F(xiàn)lash,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(diào)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(diào)試硬件的時候?qū)浖倪\行也更熟悉了。在這次調(diào)試的過程中真的學到了很多,為此專門寫了好幾頁調(diào)試筆記,下次
拿出來和大家一起分享?,F(xiàn)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......