FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(kāi)發(fā)工程師是一個(gè)相對(duì)高薪的工作，學(xué)習(xí)的人也不少。然而對(duì)于剛?cè)腴T(mén)的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，總有一種無(wú)從下手的感覺(jué)。本文是來(lái)自一個(gè)資深FPGA工程師的自述，他從FPGA的的基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始介紹，提出學(xué)習(xí)FGPA需要注重的要點(diǎn)，并用自己的親身經(jīng)歷驗(yàn)證和告誡廣大愛(ài)好者，經(jīng)驗(yàn)都是從實(shí)踐中獲得，多動(dòng)手才是王道。

深入了解FPGA廠商并掌握FPGA編程語(yǔ)言

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

1．Altera，開(kāi)發(fā)平臺(tái)是Quartus II

2．Xilinx?開(kāi)發(fā)平臺(tái)是ISE

3．Actel ，開(kāi)發(fā)平臺(tái)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(kāi)發(fā)軟件MAX+PLUSII和QuartusII。記得上學(xué)的時(shí)候用的用的就是altera的芯片，當(dāng)時(shí)的工具也是MAX，現(xiàn)在感覺(jué)當(dāng)時(shí)的軟件很強(qiáng)大了，現(xiàn)在感覺(jué)比較弱智了，下載FPGA就是用串口，當(dāng)時(shí)的時(shí)鐘速率也就是25M左右，用的是試驗(yàn)箱，就是一個(gè)大箱子，里面有板子和說(shuō)明，板子上還有8位數(shù)碼管和跳線，當(dāng)時(shí)感覺(jué)好神奇啊，現(xiàn)在感覺(jué)那是個(gè)垃圾、廢物，忘記是那個(gè)廠家了。

Xilinx是FPGA的發(fā)明者，擁有世界一半以上的市場(chǎng)，提供90%的高端65nmFPGA產(chǎn)品，開(kāi)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(wèn)為什么，我也畢業(yè)的時(shí)候也是這樣問(wèn)老大的，老大說(shuō)altera的不好用，我也有點(diǎn)氣不忿兒，現(xiàn)在看來(lái)確實(shí)是這樣，總結(jié)幾點(diǎn)：

1：xilinx的資源豐富，新手會(huì)說(shuō)很雜不容易用，但是如果上手之后，里面的資源確實(shí)會(huì)為你處理帶來(lái)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(méi)有這么大的，比如V5，V6，V7，K7，這些altera是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有的。不過(guò)也帶來(lái)了隱患，比如說(shuō)散熱。不過(guò)有一點(diǎn)xilinx好像沒(méi)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(yǔ)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(jué)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(jì)工程師的特別青睞，不僅因?yàn)镠DL與C語(yǔ)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(jì)上所顯示的非凡性能和可擴(kuò)展能力。在學(xué)習(xí)HDL語(yǔ)言時(shí)，筆者認(rèn)為先學(xué)習(xí)VerilogHDL比較好：一是容易入門(mén)；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(shí)現(xiàn)起來(lái)，veilog更容易實(shí)現(xiàn)。比如說(shuō)要例化多個(gè)模塊，我們就可以用for語(yǔ)句，并且這個(gè)是可綜合的。我們?cè)谏昝骺偩€時(shí)，由于比較繁瑣的語(yǔ)句的時(shí)候，稍不注意還會(huì)有書(shū)寫(xiě)錯(cuò)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(méi)有遇到過(guò)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(lái)簡(jiǎn)單，但是里面還有很多問(wèn)題，如果我們只考慮簡(jiǎn)單的7為device address,8 bit register address，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)位也是簡(jiǎn)單的8bit的話，另外讀寫(xiě)只是簡(jiǎn)單的I2C interface的話，還簡(jiǎn)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(jiǎn)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(diǎn)，特別是做圖像處理的話，讀寫(xiě)EDID的時(shí)候有個(gè)搜索device設(shè)備的過(guò)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(wèn)也是會(huì)有一些問(wèn)題，就是他們考慮的不太周全。像一些圖像驅(qū)動(dòng)的廠商，做的I2C相對(duì)來(lái)說(shuō)還好些；通信設(shè)備的I2C寫(xiě)的也是很差，控制起來(lái)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(shí)候你用ARM等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備訪問(wèn)的時(shí)候，也會(huì)有一些問(wèn)題。所以你如果要做個(gè)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(huì)比較高。

做FPGA代碼，其中一個(gè)最重要的步驟，那就是仿真。仿真簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是驗(yàn)證代碼是否正確。里面就包含了很多仿真的東西，測(cè)試平臺(tái)的搭建，庫(kù)的建立等等。最讓我們忽略的恐怕就是線延時(shí)了。有的時(shí)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(gè)問(wèn)題，那就是線延時(shí)。你的接口從FPGA到接口芯片肯定鋪銅線過(guò)去了，中間這段走線是有延時(shí)。所以在我們仿真的時(shí)候，測(cè)試平臺(tái)要在庫(kù)和頂層之間加上一定的延時(shí)。這樣來(lái)保證我們代碼的正確。

精品來(lái)自于于千錘百煉 要不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題才能解決問(wèn)題

如果我們用FPGA只是做個(gè)小程序?qū)嶒?yàn)實(shí)驗(yàn)我們的功能，應(yīng)該說(shuō)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(shí)候你覺(jué)得你的代碼很完美，實(shí)驗(yàn)也沒(méi)啥問(wèn)題，那么你有沒(méi)有讓你的程序跑一年甚至是更遠(yuǎn)時(shí)間，你有沒(méi)有把你的程序放在各種環(huán)境下實(shí)驗(yàn)。如果說(shuō)你認(rèn)為這是芯片的問(wèn)題和你的程序沒(méi)有關(guān)系，這就大錯(cuò)特錯(cuò)了。這些最終考究的就是你的代碼的健壯性，也就是說(shuō)的精品來(lái)自于千錘百煉。

這里我們談?wù)凢PGA需要注意的兩點(diǎn)：

1：調(diào)試各類(lèi)驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片等，各類(lèi)芯片。另外還有各種通信接口。這些接口和芯片需要時(shí)間去調(diào)試和積累，這些不是在論壇上能完成的，這個(gè)過(guò)程是要在實(shí)驗(yàn)室來(lái)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(shí)，而是硬件知識(shí)和軟件知識(shí)，這是因?yàn)镕PGA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(wèn)題，都認(rèn)為硬件不是FPGA的問(wèn)題，這就大錯(cuò)特錯(cuò)了，硬件設(shè)計(jì)的好壞直接影響到FPGA工作的質(zhì)量。

親身經(jīng)歷驗(yàn)證對(duì)任何問(wèn)題要有懷疑自我的精神

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

問(wèn)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(huì)有1-2次示波器抓不到波形！首先我懷疑是我做的邏輯問(wèn)題，這個(gè)樓主一貫的風(fēng)格，先懷疑自己，驗(yàn)證自己沒(méi)有問(wèn)題了再懷疑相關(guān)，而不是想當(dāng)然說(shuō)自己這個(gè)沒(méi)問(wèn)題那個(gè)沒(méi)問(wèn)題，我覺(jué)得這點(diǎn)很重要，就是懷疑精神，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)工程師都想把自己推的一干二凈，說(shuō)自己的沒(méi)有問(wèn)題，我覺(jué)得出現(xiàn)問(wèn)題任何地方都是值得懷疑的，先去檢查自己，不是說(shuō)自己沒(méi)問(wèn)題就沒(méi)有問(wèn)題的，如果后來(lái)證明是自己的問(wèn)題，這不相當(dāng)于自己打自己的臉嗎！總結(jié)一點(diǎn)：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(huì)怎么做？我輸出邏輯沒(méi)有問(wèn)題后，我就想是不是IO的驅(qū)動(dòng)能力，因?yàn)槲彝饷嬷苯佑檬静ㄆ鳒y(cè)量的，是不是沒(méi)有負(fù)載，所有輸出不正常，基于這點(diǎn)，然后我把輸出的邏輯再接入到FPGA某一輸入管腳，然后又寫(xiě)著一段程序，檢測(cè)輸入是不是有信號(hào)過(guò)來(lái)，然后做了計(jì)數(shù)之類(lèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)示波器沒(méi)有波形的時(shí)候，輸入的信號(hào)也有，計(jì)數(shù)也正常。出現(xiàn)這種情況大家會(huì)怎么做？

是不是同一芯片的問(wèn)題，然后我把這個(gè)輸出的管腳飛線到另外一個(gè)芯片，當(dāng)示波器沒(méi)有波形的時(shí)候，另外一個(gè)芯片輸入的信號(hào)也有！

基于以上測(cè)試，我大膽預(yù)測(cè)是示波器的問(wèn)題，也不能說(shuō)是示波器的問(wèn)題吧，估計(jì)是沒(méi)有這種的應(yīng)用場(chǎng)景。然后我有試了另外一家的芯片，寫(xiě)上同樣的邏輯，測(cè)試結(jié)果一樣。做了這么多試驗(yàn)，也證明了，就是示波器沒(méi)有這樣的場(chǎng)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(jì)所有的表也都是如此。

經(jīng)驗(yàn)是從實(shí)踐中獲得 多動(dòng)手才是王道

FPGA新手總是覺(jué)得FPGA無(wú)從下手，也不知道該如何下手。包括剛開(kāi)始做FPGA開(kāi)發(fā)時(shí)候的我，也是如此。針對(duì)這種情況，我還是勸新手們，多做點(diǎn)試驗(yàn)，多有點(diǎn)想法，然后試著寫(xiě)些小的程序，然后再FPGA上驗(yàn)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(shí)踐的東西。因?yàn)樽罱KFPGA不是理論，他要靠實(shí)踐來(lái)完成，你才知道哪些是對(duì)的哪些是錯(cuò)的。光靠書(shū)本不去試驗(yàn)肯定是不行的，所以勸大家多動(dòng)動(dòng)手。

目前覺(jué)得fpga的發(fā)展方向：1：接口統(tǒng)一化，類(lèi)似于AXI系接口；2：硬件語(yǔ)言軟件化；3：系統(tǒng)化。以后fpga開(kāi)發(fā)難度會(huì)越來(lái)越下降，也是技術(shù)開(kāi)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(shí)也不是不需要，而是硬件越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)化，一個(gè)行業(yè)越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明開(kāi)發(fā)的難度也隨之降低。

做開(kāi)發(fā)，心態(tài)問(wèn)題很重要，什么人適合做研發(fā)，什么人適合做銷(xiāo)售。我覺(jué)得這個(gè)是勉強(qiáng)不來(lái)的。有的人做銷(xiāo)售，不需要什么技術(shù)和技巧，因?yàn)樗麖男【湍苷f(shuō)會(huì)道，周邊的人都比較喜歡，和別人溝通，交際這方面比較擅長(zhǎng)。如果是這樣的人，就適合做銷(xiāo)售和行政之類(lèi)，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(jué)別扭。有的人做研究，我覺(jué)得同樣也不需要太多的技術(shù)，因?yàn)樗麖男【统聊蜒?，喜歡發(fā)呆思考問(wèn)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(lái)了親戚，確害羞的不愛(ài)說(shuō)話，也就是人們常說(shuō)的木訥，這些人適合做技術(shù)。如果你讓這些人做銷(xiāo)售，單子估計(jì)一個(gè)也接不到。所以我覺(jué)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