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【转】我的FPGA学习历程

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发表于 2008-12-4 18:55:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

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回想起自己学FPGA,已经有一段时间了,从开始的茫然,到后来的疯狂看书,设计开发板,调电路,练习各种FPGA实例,到最后能独立完成项目,一路走来,感受颇多,拿出来和大家分享,顺便介绍下自己的一点经验所得,希望对初学者有所帮助。
  废话不说了,下面进入正题,学习FPGA我主要经历了这么几个阶段:
   
    ①、verilog语言的学习,熟悉Verilog语言的各种语法。
    ②、FPGA的学习,熟悉QuartusII软件的各种功能,各种逻辑算法设计,接口模块(RS232,LCD,VGA,SPI,I2c等)的设计,时序分析,硬件优化等,自己开始设计简单的FPGA板子。
    ③、NiosII的学习,熟悉NiosII的开发流程,熟悉开发软件(SOPC,NiosII IDE),了解NiosII的基本结构,设计NiosII开发板,编写NiosII C语言程序,调试板子各模块功能。
        先来说说第一个阶段,现在主要的硬件描述语言有Vhdl,Verilog两种,在本科时老师一般教VHDL,不过现在
        Verilog用的人越来越多,其更容易上手(与C语言语法比较类似),也更灵活,现在的IC设计基本都用Verilog。像systemC,systemVerilog之类的应该还在萌芽阶段,以后可能会有较大发展。鉴于以上原因我选择了Verilog作为我学习的硬件描述语言。
        其实有C语言的基础,学起Verilog的语言很简单,关键要有并行的概念,所有的module,assign,always都是并行的,这一点与软件语言有明显不同。这里推荐几本评价比较好的学习Verilog的书籍:
    ①、《verilog 数字系统设计教程》,这本书对于入门是一本很好的书,通俗易懂,让人很快上手,它里面的例子也不错。但本书对于资源优化方面的编程没有多少涉及到。
    ②、《设计与验证Verilog HDL》,这本书虽然比较薄,但是相当精辟,讲解的也很深入,很多概念看了这本书有种豁然开朗的感觉,呵呵。
        学习Verilog其实不用看很多书,基本的语法部分大家都一样,关键是要自己会灵活应用,多做练习。
        Verilog语言学了一段时间,感觉自己可以编点东西,希望自己编的程序在板子上运行看看结果,下面就介绍我学习的第二个阶段。
        刚开始我拿了实验室一块CPLD的开发板做练习,熟悉QuartusII的各种功能,比如IP的调用,各种约束设置,时序分析,Logiclock设计方法等,不过做到后面发现CPLD的资源不太够(没有内嵌的RAM、不能用SignalTapII,LE太少等),而实验室没有FPGA开发板,所以就萌生了自己做FPGA开发板的意图,刚好Cadence我也学的差不多了,就花了几天时间主要研究了FPGA配置电路的设计,在板子上做了Jtag和AS下载口,在做了几个用户按键和LED,其他的口全部引出作为IO口,电路比较简单,板子焊好后一调就通了(心里那个爽啊...)。我选的FPGA是cycloneII系列的EP2C5,资源比以前的FPGA多了好几倍,还有PLL,内嵌的RAM,可以试试SignalTapII,用内嵌的逻辑分析仪测试引脚波形,对于FPGA的调试,逻辑分析仪是至关重要的。利用这块板子我完成了项目中的几个主要功能:RS232通信,指令译码,配置DDS,AD数据高速缓存,电子开关状态设置等,在实践中学习起来真的比平时快很多,用到什么学什么动力更大。这个时候我主要看的数据有这几本感觉比较好:
    ①、《Altera FPGA/CPLD 设计(基础篇)》:讲解一些基本的FPGA设计技术,以及QuartusII中各个工具的用法(IP,RTL,SignalProbe,SignalTapII,Timing Closure Floorplan,chip Editor等),对于入门非常好。
    ②、《Altera FPGA/CPLD 设计(高级篇)》:讲解了一些高级工具的应用,LogicLock,时序约束很分析,设计优化,也讲述了一些硬件编程的思想,作为提高用。
    ③、《FPGA设计指南--器件,工具和流程》:这本书看了他的目录忍不住就买了,这本书讲述了FPGA设计的各个方面,虽然每个方面都是点到为止,但能让你有个整体的概念,了解FPGA的所有设计功能,了解FPGA开发的整个流程。
    ④、在这里也推荐几个学习FPGA比较好的论坛
         http://www.edacn.net/bbs
         http://www.eetop.cn/
    ⑤、其实最好的学习网站莫过于Altera的官方网站www.altera.com,不过很多人一看到英语就不想看,其实上面的英文很简单,很多时候不敢看是因为对自己没信心或心静不下来看。不过官方网站上资料很多,刚开始可能会觉得资料安排的有点乱,不方便查找,以后有时间我列个资料的链接目录,整理一下,方便大家查找。
   
        到这里,自己最FPGA的学习有一段时间了,练习了很多实例,自己也编写了不少程序,也有了一些项目经验,算是对FPGA有些了解了。在不断的学习中发现FPGA不仅可以做逻辑设计,算法设计等,还能做嵌入式开发,altera先后开发了Nios,NiosII两款FPGA的嵌入式软核,并有配套的软件,刚开始看到这些我真是心中突然豁然开朗,学习真的是无止境,又一个全新的领域摆在我面前,我决定学习NiosII,要学就要学最好。
        刚开始入门是很痛苦的,嵌入式设计需要从硬件到驱动到软件全部熟悉,硬件系统问题还不是很大(以前做过单片机dspMCU),处理器的架构心里还有点数,对于驱动和软件工程,刚开始学习真的很头痛。NiosII应该还算比较新的内容(应该是2004年出的),国内的书籍不算很多,网上这方面的资料也比较零碎,所以我就开始将Altera网站上这方面的资料系统的看一边,这里推荐几本网站上的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
        看完这些handbook,总算基本明白整个架构,软硬件设计方法,驱动的编写等,感觉自己可以编一些嵌入式的程序了,不过虽然前面做的那块ep2c5的板子支持NiosII系统,不过对于嵌入式设计来说还是显得单薄了一点,没有SDRAM,Flash这两个比较基本的模块,Ep2C5内嵌的RAM太小,程序写不大,而且每次总要绞尽脑汁优化程序代码大小,很多时候优化了后函数功能会受到限制,不利于初学者,也不利于调试。所以到这里我有产生了自己做一块Nios开发板的想法(直接买比较贵,自己做便宜,而且还能锻炼自己,一举两得),通过借鉴其他开发板,选择自己开发板上需要包含什么模块,确定各个模块使用什么芯片,阅读各个芯片的datasheet,画出原理图并做出PCB图,这块板子我选的是Ep2c8Q208,比上一块资源又将近多了一倍,板子上还有以下模块:SDRAM,Flash,EPCS4,RS232,USB,VGA,PS2,AD,DA,LCD等,满足了一般开发板的配置要求。板子回来以后调试了四五天,(flash工作了,LCD显示了,RS232通了,USB通了,AD,DA工作了,SDRAM正常了...),真是每天都有惊喜,每个模块都编写了NiosII软件测试程序,调试硬件的时候对软件的运行也更熟悉了。在这次调试的过程中真的学到了很多,为此专门写了好几页调试笔记,下次拿出来和大家一起分享。现在硬件平台有了,NiosII也了解的差不多了,终于可以自己编写一些规模大一点的程序了。
    以后的路还很长,不过也有很多惊喜在等着我们......
发表于 2008-12-4 20:41:01 | 显示全部楼层
你这是嵌入式的软件开发。没有涉及到SOC的逻辑等。
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发表于 2008-12-5 08:56:04 | 显示全部楼层
感谢分享!!!!
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发表于 2008-12-6 00:13:20 | 显示全部楼层
认真读完 收获很多
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发表于 2008-12-6 08:55:48 | 显示全部楼层
很好的经验,多谢分享!
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发表于 2008-12-8 01:24:18 | 显示全部楼层
谢谢分享 很有收获
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发表于 2008-12-8 15:56:43 | 显示全部楼层
受益颇多啊。其实最好的学习方法就是做项目,解决碰到的问题,自己就成长了
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发表于 2008-12-8 19:58:52 | 显示全部楼层
谢谢!  分享
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发表于 2008-12-13 10:20:16 | 显示全部楼层
羡慕死了
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发表于 2008-12-13 10:47:53 | 显示全部楼层
多谢分享,正在学习FPGA
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