FPGA学习心得.pdf
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2022-11-02
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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。
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