七点入手让你快速掌握FPGA开发

任何一个硬件工程师对FPGA都不会陌生，就好比C语言对于软件工程师来说是必修课程一样，只要是电子相关专业的学生，都要学习可编程逻辑这门课程。 FPGA的英文全称是Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

从表象看，Programmable这个单词确实能够很好的描述FPGA的特点，但这也使得很多初学者走了不少弯路。一说到编程，大家不免联想到 coding，因为软件编程的思想对工程师来说已经是根深蒂固了。因此，很多初学者都会问一个相同的问题，两种硬件编程语言VHDL和Verilog，应该学哪个？即使明确了要学习哪种设计语言，也会一头扎进浩瀚的语法中，走向歧途。有些初学者写了大量的代码，在Demo板上跑了n个试验，可还是觉得不懂 FPGA，甚至搞不清楚它和单片机的区别。这是为什么？其实，这都归结一个原因，就是被"可编程"这3个字给迷惑了，也就是说，没有弄清楚FPGA的本质是什么。因此，对于FPGA的学习也就不着法门，事倍功半，浪费了不少时间，却仍然达不到效果。

FPGA是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。因此，从底层来看，FPGA还是属于集成电路的范畴。就当前的技术而言，使用FPGA开发项目还是全部基于数字电路设计的，所以，FPGA的"可编程"也就是实现不同的数字电路逻辑。这与所谓的软件编程有着本质的区别！归根结底，FPGA设计就是电路设计，因此，对于每个FPGA工程师来说，在做设计时必须在脑中有电路的模样，这很重要！那么，到底该如何有效地学习FPGA呢？其实，很简单，只要从以下7点着手，循序渐进，日积月累，就完全能够对FPGA设计游刃有余。

1. 首先，必须了解FPGA的结构和性能。不同厂家，不同系列的FPGA芯片都有不同的结构和性能，但是万变不离其中。刚开始，从掌握几款典型的高端芯片开始，例如Altera公司的StraTIx III和Xilinx公司的Virtex 5。之后，再去了解其它系列的芯片就很容易了。至于LatTIce和Actel公司的芯片，当使用时再了解也不迟，因为学习主流的东西才会更加有效！许多有关FPGA的教科书都会以几款常用的芯片为例，讲述FPGA的基本结构和原理。初学者看了后，总觉得过于抽象，有点不知所云的感觉。因此，为了深刻理解 FPGA，必须要有扎实的数字电路基础！在数字电路里，最基本的就是逻辑和时序。工程师必须明白FPGA内部逻辑结构和数字电路基本电路结构的关系。例如，任何4个输入信号的组合逻辑都可以通过FPGA提供的4输入LUT来实现。如果使用Xilinx的芯片，移位寄存器既可以通过多个触发器级联实现，也可以通过LUT来实现。通常，初学者可以设计出正确的逻辑，但却很容易忽略时序。在I/O口的设计中，与时序相关的缺陷对于产品是致命的，会影响产品的可靠性。因此，在掌握了结构后，还必须关注芯片的一些重要时序参数，例如I/O口时钟的建立时间、保持时间和从触发器到输出的延迟时间，以及芯片内部工作时钟的最高频率等等。只有充分掌握了所使用芯片的结构和性能，才能设计出一个合理的系统，才能保证FPGA的设计可靠稳定。FPGA厂商提供的大量文档是一个不错的学习资料。

2. FPGA既然是"可编程"，自然离不开编程语言。其实，早期的工程师大多使用原理图输入方式进行逻辑设计，这是一种更接近于电路设计的设计方式。这种设计方式对设计者要求较高，而且也不利于移植和维护，因此VHDL和Verilog才渐渐流行起来。这两种语言，无所谓孰优孰劣，只不过Verilog发展的比VHDL好，而且和将来可能一统天下的SystemVerilog比较接轨。它们都是硬件描述语言。既然叫硬件描述语言，自然是和软件世界里的编程不一样，所以，初学者不能把它当作软件编程语言来学习，否则就会舍本逐末。如果仅仅只是从事FPGA逻辑设计和做简单的功能仿真，只需学习最简单的语法就够了。那些用于写验证脚本的语法，完全不用学，基本用不上。语言仅仅只是一个工具，尤其在硬件设计里，代码写得漂不漂亮，并不重要，最关键的是设计思想。记住，FPGA工程师是在设计电路，而不是在"编程"！

3. 很多工程师会谈到算法的重要性，认为必须懂得很多算法。没错，好的算法对于设计来说犹如利器一般。可是，研究算法和如何实现算法是两个不同的概念，研究算法是在做数学题，实现算法才是工程师的职责。这里并不是说FPGA工程师不用去研究算法，而是强调职责所在。不同的算法，我们对其原理的研究和理解的要求也是