新手如何学习FPGA.doc

一个简单方法告诉你：新手如何学习FPGA外围硬件电路设计

在论坛里有人发帖子，问关于FPGA的硬件电路问题，我想涉及到这个问题的基本都是硬件工程师或者在读学生，所以我介绍一下我是怎么学习FPGA的硬件电路设计的吧！
先介绍一下我自己，我是一个硬件工程师，搞FPGA也有些时间了。感觉FPGA领域是一个非常活跃的技术领域，这里不仅可以做IC设计的原型验证，同时可以应用到众多工程上去。尽管自己做了一些时间的FPGA，但是FPGA涉及的东西确实很多，就是专门拿出一个部分都可以好好的研究一番。所以，我下面所说的，只是抛砖引玉，对于初学者来说不乏是一个捷径。
其实我下面所要说的用两个字就可以概括：参考。
1。首先，xilinx所发布的文档是你首要参考的。xilinx针对每个系列的FPGA都提供了丰富而全面的文档，所以在你开始任何一个系列的FPGA设计前，到xilinx网站上，进入那个系列FPGA的页面上将所有的文档都下载下来，然后有针对性的做参考。（做好了这一步，你的FPGA设计不会出什么大的纰漏）
2。参考勘误文档。xilinx会发布一些勘误文档，但需要注意的是并不是任何一款fpga都有勘误，所以你可以在里面看，是否有你当前用的fpga的勘误文档，如果有，一定要仔细看。
3。参考xilinx网上的开发板。这是做硬件最有价值的部分。xilinx在网上针对每个系列的fpga都有文档说明，大部分都给出了原理图，而且这些都是免费的。xilinx开发板的文档说明比较详细，也很规范，有着很大的参考价值。在那些开发板里也有众多的外围接口电路，可以说含盖的比较全面了。因为针对fpga的应用几乎都有对应的开发板，所以参考xilinx网上的开发板是捷径中的捷径。
4。参考你周围人的设计。这个最直接了。
5。参考外围电路的datasheet。如果你的FPGA外围又有IC或其他电路，那么认真阅读手册是必须的。作为硬件工程师，阅读手册是一项基本技能。
6。参考你以前的积累。随着你工作的深入，你的积累也逐渐丰富。也许你现在需要的电路就是你以前做过的，那么甚至可以照搬过来。平时注意积累，关键时刻领先一步。
硬件设计，有时看起来简单，但又是蛮繁琐的工作，同时如果想深入的理解硬件设计，需要深厚的理论支持。硬件设计，是一条平坦但十分陡峭的路。
我再说几句。随口说的，所以没有什么逻辑，不过大概的反映了我曾经走过的路，这段路其实是个弯路。如果当时我会经常的看xilinx的文档，会尝试更多的设计，上这样的论坛，有人指导，我想会少走不少弯路，那么我也会比现在更强。在FPGA领域，我还是一个初学者，因为我也有很多不懂的地方，我的方法不一定对，所以希望大家都来讨论，让初学者成长的更快。
确实，从我上面所写来看，确实都是一个方向性的指导。当一个初学者拿一个实际问题来我上面所说的当中寻找帮助，是一时找不到解决办法的。
我不是资深者，但是也有过刚开始接触FPGA那时的困惑。甚至学习了很长时间VHDL语言，连仿真、配置、FPGA怎么把语言变成实际的动作，都不清楚。何况我当时上网很不方便，所以，没有更多的文档和现成的例子可供参考，更没有上过这些论坛。不过，当我将自己的第一段代码下载到FPGA当中（确切的说是原理图与语言的混合，那时用的还是foundation），看到电路真正跑起来后，我才算明白一些怎样将代码变成实际的电路动作。
当时跑我的代码的第一块板子是xilinx的一个很简单的开发板，是spartan 2的。那个时候只知道把电缆连接好，怎么下载bit文件，里面具体原理还是不怎么清楚，电路也不清楚。
后来，带我的一个同事做了一个基于PCI的数据采集板，上面有3颗FPGA。当时除了要写代码外，还要调试电路板，也就是那个时候我才真正的结合xilinx的文档来学习FPGA的外围硬件电路。因为我们那块板上没有太复杂的外围电路，也就是电源，sram，lvds芯片，ADC。但是，在调试过程中以及工程实际应用中，遇到问题是千差万别的，所以在实际中还是学习了不少。这个电路板从我手中调试出的不少于80块。这期间也看了一些xilinx的文档，但都是东一头西一头，根本没有仔细的好好的把一个芯片的datasheet或者user guide看完。那个时候虽然也知道加约束，但是几乎没有怎么用过，也知道fpga的结构，但根本没有什么体会，甚至连一些基本的时序概念都没有。那个时候感觉最深的就是知道FPGA的配置电路是怎么回事，以及在实际中出现问题该怎么解决（其实只要连接正确，这个电路被烧坏的可能性极小）。
后来，我自己设计了一个FPGA板子，上面有网口、RTC、SRAM、硬盘接口、EEPROM、7－segment LED、UART等，上面除了UART没有调试外，其余都通过。UART我用的是一个16c550（好像是这个名字），所以，实现串口就不怎么难了。在这块板子上，其实没有什么难度，一次做板成功，无飞线。后来看到xilinx的开发板，再与我那块板子比起来，我那板子简直太差了。不过，这样一个过程确实还是锻炼了自己用FPGA设计整个系统的能力。
又在另外一个公司工作，接触了规模更大的FPGA，要求的性能也高了，代码也复杂了。但这个时候上网也方便了，因此可以在网上找到很多自己需要的东西，遇到问题了，用搜索引擎也可以很快找到答案（当然也有找不到答案的时候）。这个时候能加一些比较复杂的约束（个人觉得加约束一定要有实际的设计让你练，否则根本体会不到加约束的效果），涉及除lvttl外的电平，也涉及到了一些新的外围电路，比如sdram、flash、iic、usb等。但是，说实话，就是让我现在写这些代码，还是很困难的。毕竟自己不是专门写代码的。加上自己以前的积累的一点FPGA知识，再结合现在的实践，所以就有了我最开始的总结。对，在这个阶段自己可以用FPGA editor来修改逻辑或引线。也知道了一些时序上的东西。
如果对于一个初学者，你手头没有一块带fpga的板子，那么你学习起来将是非常困难而且进展缓慢的。所以，如果你是初学者，你一定要想办法弄块fpga的板子，很简单都可以，哪怕只有电源和fpga，只要引出了io脚，就可以做很多实验。有了板子后，就可以在上面跑你的代码了。在这个过程里，你要尽快的明白FPGA开发是怎样一个流程。这个时候你可以尝试读报告、做仿真、加约束。随着你学习的深入，你就可以理解一些比较复杂的约束、理解约束背后的原理、理解时序、理解FPGA结构。。。
FPGA还有很多更高级的应用，比如dsp、GBit收发等。因为我没有涉及这个领域的应用，所以没有这方面的经验。
现在看xilinx网上很多文档都是很有价值的，有时就想假如自己早去参考这些文档，也许会少走很多弯路。
我发现现在很多刚毕业的学生懂的FPGA的概念都比我多，理解的也比我深入，所以你们以后会很厉害的。
自己做了几年FPGA，但是还没有做过基于FPGA的嵌入式系统，因此现在我正在准备做这样一个小的基于FPGA的嵌入式系统。同样xilinx有很成熟的开发板，如果买来用，那是很快的。但是我还是要亲手做一块，可能费时间，费精力，但是这个过程一定会让我有所收获。我会把整个过程做笔记，如果成功了，我会把整个过程以及文档贡献出来。
千里之行始于足下。不要怕麻烦，不要厌倦简单、一步一个脚印，若干时间后你会发现其实你已收获很多。