為什么說學(xué)好FPGA，首先要掌握HDL

入門首先要掌握HDL（HDL=verilog+VHDL）

第一句話是：還沒學(xué)數(shù)電的先學(xué)數(shù)電。然后你可以選擇verilog或者VHDL，有C語言基礎(chǔ)的，建議選擇VHDL。因為verilog太像C了，很容易混淆，最后你會發(fā)現(xiàn)，你花了大量時間去區(qū)分這兩種語言，而不是在學(xué)習(xí)如何使用它。當(dāng)然，你思維能轉(zhuǎn)得過來，也可以選verilog，畢竟在國內(nèi)verilog用得比較多。

接下來，首先找本實例抄代碼。抄代碼的意義在于熟悉語法規(guī)則和編譯器（這里的編譯器是硅編譯器又叫綜合器，常用的編譯器有：Quartus、ISE、Vivado、Design Compiler 、Synopsys的VCS、iverilog、Lattice的Diamond、Microsemi/Actel的Libero、Synplify pro），然后再模仿著寫，最后不看書也能寫出來。編譯完代碼，就打開RTL圖，看一下綜合出來是什么樣的電路。

HDL是硬件描述語言，突出硬件這一特點，所以要用數(shù)電的思維去思考HDL，而不是用C語言或者其它高級語言，如果不能理解這句話的，可以看《什么是硬件以及什么是軟件》。在這一階段，推薦的教材是《Verilog傳奇》、《Verilog HDL高級數(shù)字設(shè)計》或者是《用于邏輯綜合的VHDL》。不看書也能寫出個三段式狀態(tài)機(jī)就可以進(jìn)入下一階段了。

此外，你手上必須準(zhǔn)備Verilog或者VHDL的官方文檔，《verilog_IEEE官方標(biāo)準(zhǔn)手冊-2005_IEEE_P1364》、《IEEE Standard VHDL Language_2008》，以便遇到一些語法問題的時候能查一下。

二

獨(dú)立完成中小規(guī)模的數(shù)字電路設(shè)計

現(xiàn)在，你可以設(shè)計一些數(shù)字電路了，像交通燈、電子琴、DDS等等，推薦的教材是夏老《Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程》（第三版）。在這一階段，你要做到的是：給你一個指標(biāo)要求或者時序圖，你能用HDL設(shè)計電路去實現(xiàn)它。這里你需要一塊開發(fā)板，可以選Altera的cyclone IV系列，或者Xilinx的Spantan 6。還沒掌握HDL之前千萬不要買開發(fā)板，因為你買回來也沒用。這里你沒必要每次編譯通過就下載代碼，咱們用modelsim仿真（此外還有QuestaSim、NC verilog、Diamond的Active-HDL、VCS、Debussy/Verdi等仿真工具），如果仿真都不能通過那就不用下載了，肯定不行的。在這里先掌握簡單的testbench就可以了。推薦的教材是《WRITING TESTBENCHESFunctional Verification of HDL Models》。

三

掌握設(shè)計方法和設(shè)計原則

你可能發(fā)現(xiàn)你綜合出來的電路盡管沒錯，但有很多警告。這個時候，你得學(xué)會同步設(shè)計原則、優(yōu)化電路，是速度優(yōu)先還是面積優(yōu)先，時鐘樹應(yīng)該怎樣設(shè)計，怎樣同步兩個異頻時鐘等等。推薦的教材是《FPGA權(quán)威指南》、《IP核芯志-數(shù)字邏輯設(shè)計思想》、《Altera FPGA/CPLD設(shè)計》第二版的基礎(chǔ)篇和高級篇兩本。學(xué)會加快編譯速度（增量式編譯、LogicLock），靜態(tài)時序分析（timequest），嵌入式邏輯分析儀（signaltap）就算是通關(guān)了。如果有不懂的地方可以暫時跳過，因為這部分還需要足量的實踐，才能有較深刻的理解。

四

學(xué)會提高開發(fā)效率

因為Quartus和ISE的編輯器功能太弱，影響了開發(fā)效率。所以建議使用Sublime text編輯器中代碼片段的功能，以減少重復(fù)性勞動。Modelsim也是常用的仿真工具，學(xué)會TCL/TK以編寫適合自己的DO文件，使得仿真變得自動化，推薦的教材是《TCL/TK入門經(jīng)典》。你可能會手動備份代碼，但是專業(yè)人士都是用版本控制器的，所以，為了提高工作效率，必須掌握GIT。文件比較器Beyond Compare也是個比較常用的工具。此外，你也可以使用System Verilog來替代testbench，這樣效率會更高一些。如果你是做IC驗證的，就必須掌握System Verilog和驗證方法學(xué)（UVM）。推薦的教材是《Writing Testbenches usingSystemVerilog》、《The UVM Primer》、《System Verilog1800-2012語法手冊》。

掌握了TCL/TK之后，可以學(xué)習(xí)虛擬Jtag（ISE也有類似的工具）制作屬于自己的調(diào)試工具，此外，有時間的話，最好再學(xué)個python。腳本，意味著一勞永逸。

五

增強(qiáng)理論基礎(chǔ)

這個時候，你已經(jīng)會使用FPGA了，但是還有很多事情做不了（比如，F(xiàn)IR濾波器、PID算法、OFDM等），因為理論沒學(xué)好。我大概地分幾個方向供大家參考，后面跟的是要掌握的理論課。

1、信號處理——信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、現(xiàn)代數(shù)字信號處理、盲信號處理、自適應(yīng)濾波器原理、雷達(dá)信號處理

2、接口應(yīng)用——如：UART、SPI、IIC、USB、CAN、PCIE、Rapid IO、DDR、TCP/IP、SPI4.2(10G以太網(wǎng)接口)、SATA、光纖、DisplayPort

3、無線通信——信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、移動通信基礎(chǔ)、隨機(jī)過程、信息論與編碼

4、CPU設(shè)計——計算機(jī)組成原理、單片機(jī)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、編譯原理

5、儀器儀表——模擬電子技術(shù)、高頻電子線路、電子測量技術(shù)、智能儀器原理及應(yīng)用

6、控制系統(tǒng)——自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、過程控制工程、模糊控制器理論與應(yīng)用

7、壓縮、編碼、加密——數(shù)論、抽象代數(shù)、現(xiàn)代編碼技術(shù)、信息論與編碼、數(shù)據(jù)壓縮導(dǎo)論、應(yīng)用密碼學(xué)、音頻信息處理技術(shù)、數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理

現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn)，原來FPGA會涉及到那么多知識，你可以選一個感興趣的方向，但是工作中很有可能用到其中幾個方向的知識，所以理論還是學(xué)得越多越好。如果你要更上一層，數(shù)學(xué)和英語是不可避免的。

六

學(xué)無止境

能到這個境界，說明你已經(jīng)很厲害了，但是還有很多東西要學(xué)的，因為FPGA常常要跟CPU交互，也就是說你得經(jīng)常跟軟件工程師交流，所以也得懂點軟件方面的知識。比如ARM（Xilinx的ZYNQ和Altera的SOC會用到ARM的硬核，請參考本博客的《如何學(xué)習(xí)嵌入式軟件》）、DSP、Linux、安卓、上位機(jī)（QT、C#、JAVA）都可以學(xué)一下，反正學(xué)無止境的。