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[導(dǎo)讀]回想起自己學(xué)FPGA,已經(jīng)有一段時(shí)間了,從開(kāi)始的茫然,到后來(lái)的瘋狂看書(shū),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)板,調(diào)電路,練習(xí)各種FPGA實(shí)例,到最后能獨(dú)立完成項(xiàng)目,一路走來(lái),感受頗多,拿出來(lái)和大家分享,順便介紹下自己的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)所得,希望

回想起自己學(xué)FPGA,已經(jīng)有一段時(shí)間了,從開(kāi)始的茫然,到后來(lái)的瘋狂看書(shū),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)板,調(diào)電路,練習(xí)各種FPGA實(shí)例,到最后能獨(dú)立完成項(xiàng)目,一路走來(lái),感受頗多,拿出來(lái)和大家分享,順便介紹下自己的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)所得,希望對(duì)初學(xué)者有所幫助。

廢話不說(shuō)了,下面進(jìn)入正題,學(xué)習(xí)FPGA我主要經(jīng)歷了這么幾個(gè)階段:

①、Verilog語(yǔ)言的學(xué)習(xí),熟悉Verilog語(yǔ)言的各種語(yǔ)法。

②、FPGA的學(xué)習(xí),熟悉QuartusII軟件的各種功能,各種邏輯算法設(shè)計(jì),接口模塊(RS232,LCD,VGA,SPI,I2c等)的設(shè)計(jì),時(shí)序分析,硬件優(yōu)化等,自己開(kāi)始設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的FPGA板子。

③、NiosII的學(xué)習(xí),熟悉NiosII的開(kāi)發(fā)流程,熟悉開(kāi)發(fā)軟件(SOPC,NiosII IDE),了解NiosII的基本結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)NiosII開(kāi)發(fā)板,編寫(xiě)NiosII C語(yǔ)言程序,調(diào)試板子各模塊功能。

先來(lái)說(shuō)說(shuō)第一個(gè)階段,現(xiàn)在主要的硬件描述語(yǔ)言有VHDL,Verilog兩種,在本科時(shí)老師一般教VHDL,不過(guò)現(xiàn)在

Verilog用的人越來(lái)越多,其更容易上手(與C語(yǔ)言語(yǔ)法比較類(lèi)似),也更靈活,現(xiàn)在的IC設(shè)計(jì)基本都用Verilog。像systemC,systemVerilog之類(lèi)的應(yīng)該還在萌芽階段,以后可能會(huì)有較大發(fā)展。鑒于以上原因我選擇了Verilog作為我學(xué)習(xí)的硬件描述語(yǔ)言。

其實(shí)有C語(yǔ)言的基礎(chǔ),學(xué)起Verilog的語(yǔ)言很簡(jiǎn)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(diǎn)與軟件語(yǔ)言有明顯不同。這里推薦幾本評(píng)價(jià)比較好的學(xué)習(xí)Verilog的書(shū)籍:

①、《verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程》,這本書(shū)對(duì)于入門(mén)是一本很好的書(shū),通俗易懂,讓人很快上手,它里面的例子也不錯(cuò)。但本書(shū)對(duì)于資源優(yōu)化方面的編程沒(méi)有多少涉及到。

②、《設(shè)計(jì)與驗(yàn)證Verilog HDL》,這本書(shū)雖然比較薄,但是相當(dāng)精辟,講解的也很深入,很多概念看了這本書(shū)有種豁然開(kāi)朗的感覺(jué),呵呵。

學(xué)習(xí)Verilog其實(shí)不用看很多書(shū),基本的語(yǔ)法部分大家都一樣,關(guān)鍵是要自己會(huì)靈活應(yīng)用,多做練習(xí)。

Verilog語(yǔ)言學(xué)了一段時(shí)間,感覺(jué)自己可以編點(diǎn)東西,希望自己編的程序在板子上運(yùn)行看看結(jié)果,下面就介紹我學(xué)習(xí)的第二個(gè)階段。

剛開(kāi)始我拿了實(shí)驗(yàn)室一塊CPLD的開(kāi)發(fā)板做練習(xí),熟悉QuartusII的各種功能,比如IP的調(diào)用,各種約束設(shè)置,時(shí)序分析,Logiclock設(shè)計(jì)方法等,不過(guò)做到后面發(fā)現(xiàn)CPLD的資源不太夠(沒(méi)有內(nèi)嵌的RAM、不能用SignalTapII,LE太少等),而實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有FPGA開(kāi)發(fā)板,所以就萌生了自己做FPGA開(kāi)發(fā)板的意圖,剛好Cadence我也學(xué)的差不多了,就花了幾天時(shí)間主要研究了FPGA配置電路的設(shè)計(jì),在板子上做了Jtag和AS下載口,在做了幾個(gè)用戶按鍵和LED,其他的口全部引出作為IO口,電路比較簡(jiǎn)單,板子焊好后一調(diào)就通了(心里那個(gè)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(cè)試引腳波形,對(duì)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(xiàng)目中的幾個(gè)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(kāi)關(guān)狀態(tài)設(shè)置等,在實(shí)踐中學(xué)習(xí)起來(lái)真的比平時(shí)快很多,用到什么學(xué)什么動(dòng)力更大。這個(gè)時(shí)候我主要看的數(shù)據(jù)有這幾本感覺(jué)比較好:

①、《Altera FPGA/CPLD 設(shè)計(jì)(基礎(chǔ)篇)》:講解一些基本的FPGA設(shè)計(jì)技術(shù),以及QuartusII中各個(gè)工具的用法(IP,RTL,SignalProbe,SignalTapII,Timing Closure Floorplan,chip Editor等),對(duì)于入門(mén)非常好。

②、《Altera FPGA/CPLD 設(shè)計(jì)(高級(jí)篇)》:講解了一些高級(jí)工具的應(yīng)用,LogicLock,時(shí)序約束很分析,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)指南--器件,工具和流程》:這本書(shū)看了他的目錄忍不住就買(mǎi)了,這本書(shū)講述了FPGA設(shè)計(jì)的各個(gè)方面,雖然每個(gè)方面都是點(diǎn)到為止,但能讓你有個(gè)整體的概念,了解FPGA的所有設(shè)計(jì)功能,了解FPGA開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程。

④其實(shí)最好的學(xué)習(xí)網(wǎng)站莫過(guò)于Altera的官方網(wǎng)站,不過(guò)很多人一看到英語(yǔ)就不想看,其實(shí)上面的英文很簡(jiǎn)單,很多時(shí)候不敢看是因?yàn)閷?duì)自己沒(méi)信心或心靜不下來(lái)看。不過(guò)官方網(wǎng)站上資料很多,剛開(kāi)始可能會(huì)覺(jué)得資料安排的有點(diǎn)亂,不方便查找,以后有時(shí)間我列個(gè)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(xué)習(xí)有一段時(shí)間了,練習(xí)了很多實(shí)例,自己也編寫(xiě)了不少程序,也有了一些項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),算是對(duì)FPGA有些了解了。在不斷的學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)FPGA不僅可以做邏輯設(shè)計(jì),算法設(shè)計(jì)等,還能做嵌入式開(kāi)發(fā),altera先后開(kāi)發(fā)了Nios,NiosII兩款FPGA的嵌入式軟核,并有配套的軟件,剛開(kāi)始看到這些我真是心中突然豁然開(kāi)朗,學(xué)習(xí)真的是無(wú)止境,又一個(gè)全新的領(lǐng)域擺在我面前,我決定學(xué)習(xí)NiosII,要學(xué)就要學(xué)最好。

剛開(kāi)始入門(mén)是很痛苦的,嵌入式設(shè)計(jì)需要從硬件到驅(qū)動(dòng)到軟件全部熟悉,硬件系統(tǒng)問(wèn)題還不是很大(以前做過(guò)單片機(jī),DSP等MCU),處理器的架構(gòu)心里還有點(diǎn)數(shù),對(duì)于驅(qū)動(dòng)和軟件工程,剛開(kāi)始學(xué)習(xí)真的很頭痛。NiosII應(yīng)該還算比較新的內(nèi)容(應(yīng)該是2004年出的),國(guó)內(nèi)的書(shū)籍不算很多,網(wǎng)上這方面的資料也比較零碎,所以我就開(kāi)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(gè)架構(gòu),軟硬件設(shè)計(jì)方法,驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)等,感覺(jué)自己可以編一些嵌入式的程序了,不過(guò)雖然前面做的那塊ep2c5的板子支持NiosII系統(tǒng),不過(guò)對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)還是顯得單薄了一點(diǎn),沒(méi)有SDRAM,F(xiàn)lash這兩個(gè)比較基本的模塊,Ep2C5內(nèi)嵌的RAM太小,程序?qū)懖淮螅颐看慰傄g盡腦汁優(yōu)化程序代碼大小,很多時(shí)候優(yōu)化了后函數(shù)功能會(huì)受到限制,不利于初學(xué)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(kāi)發(fā)板的想法(直接買(mǎi)比較貴,自己做便宜,而且還能鍛煉自己,一舉兩得),通過(guò)借鑒其他開(kāi)發(fā)板,選擇自己開(kāi)發(fā)板上需要包含什么模塊,確定各個(gè)模塊使用什么芯片,閱讀各個(gè)芯片的datasheet,畫(huà)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(kāi)發(fā)板的配置要求。板子回來(lái)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(gè)模塊都編寫(xiě)了NiosII軟件測(cè)試程序,調(diào)試硬件的時(shí)候?qū)浖倪\(yùn)行也更熟悉了。在這次調(diào)試的過(guò)程中真的學(xué)到了很多,為此專(zhuān)門(mén)寫(xiě)了好幾頁(yè)調(diào)試筆記,下次拿出來(lái)和大家一起分享。現(xiàn)在硬件平臺(tái)有了,NiosII也了解的差不多了,終于可以自己編寫(xiě)一些規(guī)模大一點(diǎn)的程序了。

以后的路還很長(zhǎng),不過(guò)也有很多驚喜在等著我們......

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