FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。而且FPGA開發(fā)工程師是一個相對高薪的工作，學(xué)習(xí)的人也不少。然而對于剛?cè)腴T的初學(xué)者來說，總有一種無從下手的感覺。本文是來自一個資深FPGA工程師的自述，他從FPGA的的基礎(chǔ)知識開始介紹，提出學(xué)習(xí)FGPA需要注重的要點，并用自己的親身經(jīng)歷驗證和告誡廣大愛好者，經(jīng)驗都是從實踐中獲得，多動手才是王道。

深入了解FPGA廠商并掌握FPGA編程語言

談FPGA之前，先說說生產(chǎn)廠商吧。全球知名的FPGA生產(chǎn)廠商有：

1．Altera，開發(fā)平臺是Quartus II

2．Xilinx?開發(fā)平臺是ISE

3．Actel ，開發(fā)平臺是Libero

4．Lattice

5．Atmel

其中Altera作為世界老牌可編程邏輯器件的廠家，是可編程邏輯器件的發(fā)明者，開發(fā)軟件MAX+PLUSII和QuartusII。記得上學(xué)的時候用的用的就是altera的芯片，當(dāng)時的工具也是MAX，現(xiàn)在感覺當(dāng)時的軟件很強大了，現(xiàn)在感覺比較弱智了，下載FPGA就是用串口，當(dāng)時的時鐘速率也就是25M左右，用的是試驗箱，就是一個大箱子，里面有板子和說明，板子上還有8位數(shù)碼管和跳線，當(dāng)時感覺好神奇啊，現(xiàn)在感覺那是個垃圾、廢物，忘記是那個廠家了。

Xilinx是FPGA的發(fā)明者，擁有世界一半以上的市場，提供90%的高端65nmFPGA產(chǎn)品，開發(fā)軟件為ISE，其產(chǎn)品主要用于軍用和宇航。畢業(yè)后就是xilinx的，altera的很少用，大家一定問為什么，我也畢業(yè)的時候也是這樣問老大的，老大說altera的不好用，我也有點氣不忿兒，現(xiàn)在看來確實是這樣，總結(jié)幾點：

1：xilinx的資源豐富，新手會說很雜不容易用，但是如果上手之后，里面的資源確實會為你處理帶來方便，比如BUFG，IODELAY，ODDR，OBUFT等等這些小的資源，還有一些IPcore，altera的好像要少些。

2：xilinx邏輯量比較大，一些大容量的FPGA好像altera沒有這么大的，比如V5，V6，V7，K7，這些altera是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有的。不過也帶來了隱患，比如說散熱。不過有一點xilinx好像沒有altera的做的好，那就是高速查分線，xilinx叫GTP,GTX，GTH，現(xiàn)在好像也區(qū)別不大了。

Altera和Xilinx主要生產(chǎn)一般用途FPGA，其主要產(chǎn)品采用RAM工藝。Actel主要提供非易失性FPGA，產(chǎn)品主要基于反熔絲工藝和FLASH工藝。

講到FPGA語言就不得不講verilog 和VHDL，本人大學(xué)學(xué)的是VHDL，工作就一直在用VHDL。我覺得veilog更接近底層，關(guān)鍵是更接近C，所以被FPGA工程師所喜歡。HDL特別是Verilog HDL得到在第一線工作的設(shè)計工程師的特別青睞，不僅因為HDL與C語言很相似，學(xué)習(xí)和掌握它并不困難，更重要的是它在復(fù)雜的SOC的設(shè)計上所顯示的非凡性能和可擴展能力。在學(xué)習(xí)HDL語言時，筆者認(rèn)為先學(xué)習(xí)VerilogHDL比較好：一是容易入門；二是接受Verilog HDL代碼做后端芯片的集成電路廠家比較多，現(xiàn)成的硬核、固核和軟核比較多。

實現(xiàn)起來，veilog更容易實現(xiàn)。比如說要例化多個模塊，我們就可以用for語句，并且這個是可綜合的。我們在申明總線時，由于比較繁瑣的語句的時候，稍不注意還會有書寫錯誤。

我們都知道FPGA一般作為主控芯片，I2C也一般是做主設(shè)備。但是大家有沒有遇到過做從設(shè)備的情況，從設(shè)備穩(wěn)定嗎？一般情況下，I2C做從設(shè)備是不好做的，特別是做大容量的從設(shè)備。I2C看起來簡單，但是里面還有很多問題，如果我們只考慮簡單的7為device address,8 bit register address，數(shù)據(jù)讀寫位也是簡單的8bit的話，另外讀寫只是簡單的I2C interface的話，還簡單些。

如果要考慮大容量的，如16bit的設(shè)備地址，讀的情形考慮到簡單的接口外還要考慮有restart的情況，就不好做了，如果要考慮的再細(xì)一點，特別是做圖像處理的話，讀寫EDID的時候有個搜索device設(shè)備的過程，這種情形恐怕做好的就不容易了。

如果你是大廠商，像一些AT的ROM，F(xiàn)lash等公司，做的也是巨爛，我們用他們的芯片，用ARM訪問也是會有一些問題，就是他們考慮的不太周全。像一些圖像驅(qū)動的廠商，做的I2C相對來說還好些；通信設(shè)備的I2C寫的也是很差，控制起來比較麻煩，像一些光纖收發(fā)器的廠商，也就是光模塊的廠商，有的時候你用ARM等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備訪問的時候，也會有一些問題。所以你如果要做個I2C的從設(shè)備的話，要考慮的周全一些，這樣我們的芯片健壯性就會比較高。

做FPGA代碼，其中一個最重要的步驟，那就是仿真。仿真簡單的說，就是驗證代碼是否正確。里面就包含了很多仿真的東西，測試平臺的搭建，庫的建立等等。最讓我們忽略的恐怕就是線延時了。有的時候我們仿真正確，但是加載到FPGA里面就不正確了，這是為什么呢？你忽略了一個問題，那就是線延時。你的接口從FPGA到接口芯片肯定鋪銅線過去了，中間這段走線是有延時。所以在我們仿真的時候，測試平臺要在庫和頂層之間加上一定的延時。這樣來保證我們代碼的正確。

精品來自于于千錘百煉 要不斷的發(fā)現(xiàn)問題才能解決問題

如果我們用FPGA只是做個小程序?qū)嶒瀸嶒炍覀兊墓δ埽瑧?yīng)該說還是比較容易的；如果我們用FPGA作產(chǎn)品，那么你要考慮的要很多，有的時候你覺得你的代碼很完美，實驗也沒啥問題，那么你有沒有讓你的程序跑一年甚至是更遠(yuǎn)時間，你有沒有把你的程序放在各種環(huán)境下實驗。如果說你認(rèn)為這是芯片的問題和你的程序沒有關(guān)系，這就大錯特錯了。這些最終考究的就是你的代碼的健壯性，也就是說的精品來自于千錘百煉。

這里我們談?wù)凢PGA需要注意的兩點：

1：調(diào)試各類驅(qū)動芯片；如果做通信的話，有各種通信芯片，主要包括PHY芯片，通信交換芯片，光纖驅(qū)動芯片等，各類芯片。另外還有各種通信接口。這些接口和芯片需要時間去調(diào)試和積累，這些不是在論壇上能完成的，這個過程是要在實驗室來完成的。

2：定位FPGA的位置，F(xiàn)PGA要了解的大部分不是FPGA知識，而是硬件知識和軟件知識，這是因為FPGA的位置是FPGA的硬件和軟件的橋梁。首先要了解硬件，大部分做FPGA不太關(guān)注硬件問題，都認(rèn)為硬件不是FPGA的問題，這就大錯特錯了，硬件設(shè)計的好壞直接影響到FPGA工作的質(zhì)量。

親身經(jīng)歷驗證對任何問題要有懷疑自我的精神

先描述下邏輯：FPGA實現(xiàn)一個邏輯，每按下一個按鈕（邏輯做了消抖），出現(xiàn)10個200ns的脈沖，然后通過示波器抓輸出波形，示波器出發(fā)條件，設(shè)置自動觸發(fā)（上升沿）或者條件觸發(fā)<1ms都試過。

問題出現(xiàn)：每次按下按鈕，不是每次都能在示波器看到脈沖波形，大概按下10次會有1-2次示波器抓不到波形！首先我懷疑是我做的邏輯問題，這個樓主一貫的風(fēng)格，先懷疑自己，驗證自己沒有問題了再懷疑相關(guān)，而不是想當(dāng)然說自己這個沒問題那個沒問題，我覺得這點很重要，就是懷疑精神，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計工程師都想把自己推的一干二凈，說自己的沒有問題，我覺得出現(xiàn)問題任何地方都是值得懷疑的，先去檢查自己，不是說自己沒問題就沒有問題的，如果后來證明是自己的問題，這不相當(dāng)于自己打自己的臉嗎！總結(jié)一點：要有懷疑精神，所有相關(guān)的都是值得懷疑的。

回歸正題，然后我用chipesope抓到是輸出邏輯有波形，但是示波器上看不到，出現(xiàn)這種情況大家會怎么做？我輸出邏輯沒有問題后，我就想是不是IO的驅(qū)動能力，因為我外面直接用示波器測量的，是不是沒有負(fù)載，所有輸出不正常，基于這點，然后我把輸出的邏輯再接入到FPGA某一輸入管腳，然后又寫著一段程序，檢測輸入是不是有信號過來，然后做了計數(shù)之類，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)示波器沒有波形的時候，輸入的信號也有，計數(shù)也正常。出現(xiàn)這種情況大家會怎么做？

是不是同一芯片的問題，然后我把這個輸出的管腳飛線到另外一個芯片，當(dāng)示波器沒有波形的時候，另外一個芯片輸入的信號也有！

基于以上測試，我大膽預(yù)測是示波器的問題，也不能說是示波器的問題吧，估計是沒有這種的應(yīng)用場景。然后我有試了另外一家的芯片，寫上同樣的邏輯，測試結(jié)果一樣。做了這么多試驗，也證明了，就是示波器沒有這樣的場景。用的示波器是泰克的2032等，試了他的兩款表，都是如此，不是黑他的表，我估計所有的表也都是如此。

經(jīng)驗是從實踐中獲得 多動手才是王道

FPGA新手總是覺得FPGA無從下手，也不知道該如何下手。包括剛開始做FPGA開發(fā)時候的我，也是如此。針對這種情況，我還是勸新手們，多做點試驗，多有點想法，然后試著寫些小的程序，然后再FPGA上驗證功能，如果不是你想要的，那就再調(diào)試，慢慢的你就學(xué)習(xí)到一些實踐的東西。因為最終FPGA不是理論，他要靠實踐來完成，你才知道哪些是對的哪些是錯的。光靠書本不去試驗肯定是不行的，所以勸大家多動動手。

目前覺得fpga的發(fā)展方向：1：接口統(tǒng)一化，類似于AXI系接口；2：硬件語言軟件化；3：系統(tǒng)化。以后fpga開發(fā)難度會越來越下降，也是技術(shù)開發(fā)的方向。擱在幾年前，硬件很吃香，現(xiàn)在幾乎不需要硬件工程師。其實也不是不需要，而是硬件越來越標(biāo)準(zhǔn)化，一個行業(yè)越來越標(biāo)準(zhǔn)，說明開發(fā)的難度也隨之降低。

做開發(fā)，心態(tài)問題很重要，什么人適合做研發(fā)，什么人適合做銷售。我覺得這個是勉強不來的。有的人做銷售，不需要什么技術(shù)和技巧，因為他從小就能說會道，周邊的人都比較喜歡，和別人溝通，交際這方面比較擅長。如果是這樣的人，就適合做銷售和行政之類，和別人打交道的工作。如果你讓這些人做技術(shù)，他坐不住，處處感覺別扭。有的人做研究，我覺得同樣也不需要太多的技術(shù)，因為他從小就沉默寡言，喜歡發(fā)呆思考問題，數(shù)理化總能不怎么學(xué)都能考試高分，但是如果家里來了親戚，確害羞的不愛說話，也就是人們常說的木訥，這些人適合做技術(shù)。如果你讓這些人做銷售，單子估計一個也接不到。所以我覺得不管做什么，根絕自己的性格找到合適的工作，這樣身心愉悅！

審核編輯 ：李倩