一文解析初學(xué)者如何學(xué)習(xí)FPGA

FPGA作為一種高新技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，可以重復(fù)編程，開發(fā)周期較短，越來越受到電子愛好者的青睞，其應(yīng)用已經(jīng)逐漸普及到了各行各業(yè)。因此，越來越多的電子愛好者想盡快掌握這門技術(shù)進(jìn)入該領(lǐng)域。

筆者從2007年初次接觸并系統(tǒng)學(xué)習(xí)FPGA及工作后應(yīng)用FPGA做產(chǎn)品至今已有7年的時(shí)間，初次接觸學(xué)習(xí)FPGA時(shí)由于沒有專業(yè)老師的指導(dǎo)，自己摸索學(xué)習(xí)FPGA走了很多的彎路。有過問題迎刃而解的快樂，也有過苦苦尋求結(jié)果和答案的痛苦歷程，回想起自己學(xué)習(xí)FPGA的經(jīng)歷，從開始的茫然，到后來的瘋狂看書，購買開發(fā)板，在開發(fā)板上練習(xí)各種FPGA實(shí)例，到畢業(yè)工作后用一直FPGA做產(chǎn)品，獨(dú)立完成項(xiàng)目，一路走來，感受頗多。發(fā)覺學(xué)習(xí)FPGA只要選擇正確的方法是有捷徑可走的。筆者經(jīng)常在FPGA相關(guān)技術(shù)論壇及FPGA技術(shù)交流QQ群解答初學(xué)者在學(xué)習(xí)過程中遇到的技術(shù)問題，發(fā)現(xiàn)很多初學(xué)者都是懷著浮躁的心態(tài)來學(xué)習(xí)FPGA，總是急于求成。在學(xué)習(xí)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)的過程中，雖然剛開始學(xué)習(xí)熱情很高，但真正堅(jiān)持下來一直到“學(xué)會(huì)”的卻寥寥無幾，除了學(xué)生個(gè)人毅力的因素外，另外一個(gè)重要的原因沒有好的學(xué)習(xí)教程的指引和缺乏正確的學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，原本FPGA的學(xué)習(xí)門檻相對(duì)于單片機(jī)來說就高了不少，再加上缺少手把手系列的教程資料和正確的學(xué)習(xí)方法，這就給初學(xué)者學(xué)習(xí)FPGA增添了更多的困難，很多初學(xué)者因?yàn)檎也坏饺腴T的方法而漸漸失去了學(xué)習(xí)FPGA的興趣和信心。

此系列教程主要分為FPGA學(xué)習(xí)方法篇、FPGA基礎(chǔ)篇、FPGA實(shí)例篇以及FPGA設(shè)計(jì)技巧篇，其中FPGA基礎(chǔ)篇又包括FPGA基礎(chǔ)知識(shí)篇、硬件描述語言篇、FPGA開發(fā)工具篇、數(shù)字電路基礎(chǔ)篇以及硬件電路篇；FPGA實(shí)例篇包括FPGA入門實(shí)驗(yàn)篇、FPGA進(jìn)階實(shí)驗(yàn)篇、IP核使用篇以及FPGA綜合實(shí)驗(yàn)篇。

FPGA學(xué)習(xí)方法篇：主要是結(jié)合筆者學(xué)習(xí)FPGA的經(jīng)歷及心得體會(huì)講解FPGA的學(xué)習(xí)方法，讓初學(xué)者掌握正確的學(xué)習(xí)方法，把握學(xué)習(xí)FPGA正確的方向，少走彎路，避免進(jìn)入FPGA學(xué)習(xí)的誤區(qū)。在學(xué)習(xí)方法篇中還會(huì)講解硬件描述語言有關(guān)的知識(shí)，主要是讓初學(xué)者正確認(rèn)識(shí)硬件描述語言和其他編程語言的區(qū)別，掌握學(xué)習(xí)硬件描述語言的正確方法。在學(xué)習(xí)方法篇的最后會(huì)講解如何選擇正確的硬件開發(fā)平臺(tái)，因?yàn)橐莆誇PGA這門技術(shù)，扎實(shí)的理論知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，購買一塊FPGA開發(fā)板，多動(dòng)手練習(xí)實(shí)踐更顯得尤為重要。而如何選擇性價(jià)比很高的硬件開發(fā)平臺(tái)，也是初學(xué)者比較迷惑的問題，筆者通過硬件開發(fā)平臺(tái)選型指南將會(huì)教給初學(xué)者如何花最少的錢選擇性價(jià)比高的FPGA開發(fā)板入門FPGA技術(shù)。

FPGA基礎(chǔ)知識(shí)篇：主要是講解FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)、FPGA可編程的基本原理以及FPGA的開發(fā)流程方面的知識(shí)。要想學(xué)好FPGA，必須先搞清楚FPGA是什么，這是入門FPGA技術(shù)的基礎(chǔ)。通過本篇教程學(xué)習(xí)主要是讓初學(xué)者掌握FPGA的基礎(chǔ)知識(shí)，了解FPGA可編程的基本原理以及了解FPGA的開發(fā)流程。

FPGA開發(fā)工具篇：主要是講解FPGA開發(fā)工具Quartus II軟件的安裝、破解和使用；FPGA仿真工具modelsim軟件的安裝、破解和使用；FPGA片上debug工具SignalTap II軟件的的使用。

硬件描述語言篇：主要是硬件描述語言的verilogHDL的簡介、基本語法介紹以及verilogHDL的編碼規(guī)范。

數(shù)字電路篇：無論是FPGA的哪個(gè)方向，都離不開數(shù)字邏輯知識(shí)的支撐。FPGA說白了是一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯的方式而已。如果連最基本的數(shù)字邏輯的知識(shí)都有問題，學(xué)習(xí)FPGA的愿望只是空中樓閣而已。本篇主要介紹介紹組合邏輯電路，時(shí)序邏輯電路方面的基礎(chǔ)知識(shí)以及狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)下數(shù)字電路相關(guān)知識(shí)。

FPGA硬件電路篇：介紹FPGA最小系統(tǒng)及外圍電路的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)硬件電路方面的知識(shí)。

FPGA實(shí)例篇：FPGA的學(xué)習(xí)只有通過大量的操作與實(shí)踐才能很好并快速的掌握，實(shí)例篇以芯創(chuàng)電子的開發(fā)板為硬件開發(fā)平臺(tái)，對(duì)開發(fā)板上的每個(gè)外設(shè)編寫實(shí)例，為激起初學(xué)者學(xué)習(xí)FPGA的興趣，在實(shí)例篇中采用“授人以漁”的方式，努力做到不僅講述怎樣進(jìn)行試驗(yàn)，而且分析為什么這樣做，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)思路，以便初學(xué)者深刻理解并快速掌握FPGA的學(xué)習(xí)方法。在實(shí)例篇中會(huì)穿插介紹一些常用IP核，如PLL、單雙口ROM、RAM、同步FIFO和異步FIFO等IP核的使用。實(shí)例篇的最后是綜合實(shí)例，難度接近小的項(xiàng)目，筆者會(huì)從實(shí)際項(xiàng)目的流程進(jìn)行講解，讓初學(xué)者提前進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)階段。

FPGA設(shè)計(jì)技巧篇：主要介紹FPGA設(shè)計(jì)的一些思想和原則，如串并轉(zhuǎn)換、乒乓操作、流水線、模塊劃分技巧以及同步電路設(shè)計(jì)等。