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1、FPGA 的学习流程的学习流程把你的专业与 FPGA 相结合，如果你数学比较好，就可以去做算法如果你通信方面比较好，就可以做通信方面的东西，如果你高频比较好，就可以做射频方面的东西，等等。FPGA 学习、发展方向学习、发展方向目前，在 FPGA 上有三种类型开发方法和应用方向：a、逻辑类应用 b、软核类应用 c、DSP 类应用。 逻辑类应用我们接触的最早，也是 FPGA 最初的应用领域，大的应用上，一些数字 IC 设 计可以在 FPGA 做前期的功能验证，在通信领域，FPGA 做信号的编解码等等，小的应用 上我们做的最多的实际是 CPLD，完成信号的变换控制等等。 软核应用是前几年才兴起，现在
2、热门的开发应用方法，在原本需要 FPGA 结合 CPU 的地方 有成本和灵活性优势。 FPGA 的 DSP 应用是非常有潜力的，性能优势非常明显。开发方法是用 Matlab 的 simulink 中嵌入厂商的开发工具包，算法验证在 Matlab simulink 工具下完成，在开发工具包的支持 下生成 HDL 模块或者直接生成 FPGA 下载配置文件，这个方向是 FPGA 应用最有挑战能 力领域。Mathworks 公司不久前也推出了独立于 FPGA 厂商的 Simulink HDL Coder 工具， 使的 Matlab 在数字系统设计领域迈出了坚实的一步，把 Simulink 模型和 St
3、ateflow 框图生 成位真（Bit-Ture） 、周期精确（Cycle-Accurate） 、可综合的 Verilog 和 VHDL 代码，为 Matlab simulink 用户提供了通往 FPGA 设计实现的直接通道。培养目标培养目标01、 了解 FPGA 工艺结构，掌握 FPGA 芯片选型原则与策略；02、 精通 FPGA 设计相关软件的使用方法及技巧；03、 精通 Verilog HDL 设计与仿真、针对 FPGA 器件代码优化规则，建立 RTL 设计与电路实体的对应概念；04、 掌握 FPGA 设计原则及常用 IP 模块的使用；05、 精通 FPGA 四种常用操作技巧、静态时序分
4、析技巧；06、 掌握 FPGA 基于 MATLAB/Simulink、DSP Builder 等新型设计、验证工具的 设计方法及技巧；07、 精通 FPGA 资源优化设计及低功耗设计；08、 掌握基于 FPGA 的接口互联系统设计；09、 FPGA+DSP 架构；10、 掌握基于 FPGA 的图像视频处理设计；11、 精通基于 FPGA 的 SoPC 设计方法；课程大纲第 一 阶 段 第 一 部 分 FPGA 设计流程课课 程程 目目 标标本课程主要介绍 FPGA 工艺结构、特点及 FPGA 芯片选型策略、原则；掌 握 FPGA 设计从 RTL 设计、功能仿真、综合等，直到在 FPGA 开发板
5、上进 行下载验证的设计流程；使学员掌握 FPGA 设计流程，对 FPGA 设计有一 个宏观认识。第 二 部 分 Verilog HDL 基础知识课课 程程 目目 标标本课程主要让学员掌握 Verilog HDL 的基本语法，能够进行较简单的 RTL 设计，同时，建立 HDL 中逻辑运算符及 RTL 设计与电路实体的对应关系， 深刻理解存储器工作原理及其设计方法，及三态端口控制、双向控制等， 为后面的高级编程打好基础。第 三 部 分 FPGA 开发环境课课 程程 目目 标标本章主要学习 FPGA 开发工具的使用：Modelsim、Debussy 仿真调试工具、 Synplify pro 综合工具
6、及 FPGA 开发系统 Quartus 的使用方法及技巧，且在 Quartus 中集成调用 Modelsim、Synplify 等工具的方法；在上一章节完成 RTL 设计的基础上，完整进行 FPGA 设计所有流程，掌握 FPGA 开发板下 载、调试的方法和技巧。第 四 部 分 系统时序分析及处理课课 程程 目目 标标本课程旨在让学员充分理解时序分析理论，能够解决在项目开发中所遇到 的时序问题；且能够对跨时钟设计做出合理处理；能够精通时序分析工具 的使用，使其能够设计出满足时序要求的逻辑电路。第 二 阶 段 第 一 部 分 Verilog 高级编码课课 程程 目目 标标本课程主要讲授 Veril
7、og HDL 流水线设计、同步状态机设计及系统函数、任 务调用等高级编码知识，通过序列检测器、EEPROM 读写器及 RISC CPU 等由易至难的实验安排；同时，强化 RTL 设计与电路实体的对应关系，及 针对 FPGA 器件的代码优化，使学员逐步掌握独立完成复杂逻辑设计的能 力。第 二 部 分 FPGA 设计常用 IP 模块使用 课课 程程本章课程主要内容为 FPGA 设计中常用 IP 模块的使用(单/双口 RAM、DPRAM、FIFO、ROM 及串行收发器等)的讲授，使学员在充分理解目目 标标其结构及工作原理、时序的基础上，能够在实际工程开发中精通其使用。第 三 部 分 FPGA 设计原
8、则与技巧课课 程程 目目 标标本课程主要讲授 FPGA 设计的一些原则(面积与速度平衡互换原则、硬件可 实现原则及同步设计原则、低功耗设计原则等)及操作技巧(乒乓操作、串并 转换、流水线操作及数据同步等)，使学员能够将这些原则及技巧应用到实 际工程开发中；同时，本章将讲述加法器、乘法器、乘累加器、减法器及 除法器在工程应用中的设计方法，在此基础上让学员完成常系数 FIR 滤波 器设计；还要求学员掌握使用基于 IP 核的设计方法和流程。第 四 部 分 新型 FPGA 设计工具使用课课 程程 目目 标标本章课程主要讲授 FPGA 基于 MATLAB、Simulink、DSP Builder 等新型
9、设 计、验证工具的设计方法及技巧，使学员能够利用这些新型开发工具更好 地完成 FPGA 设计。第 三 阶 段 第 一 部 分 基于 FPGA 的通信接口设计及外围接口设计课课 程程 目目 标标FPGA 设计应用最为广泛的领域之一为接口互联，本章课程主要让学员掌握 外设通信接口的设计方法：在教员演示下完成一种通信接口的设计；在教 员指导下，独立完成其它通信接口设计，包括协议分析、完成设计文档、 RTL 设计、FPGA 芯片选型等流程。第 二 部 分 FPGA+DSP 课课 程程 目目 标标DSP 应用是展示 FPGA 优势的最有效场合。通过本次课的学习，可以帮助 学员掌握使用 FPGA 实现 D
10、SP 的基本理论和实现方法。掌握针对 DSP 的 Verilog 编程方法，实现如 Cordic 算法、FFT IP Core 使用等经典内容。第 三 部 分 基于 FPGA 的图像视频处理课课 程程 目目 标标FPGA 设计应用最为广泛的领域之一为图像与视频处理，本章内容有：图像 和视频处理基础知识，使学员能够实现色彩空间变换、VGA 控制器、JPEG 编码基础、2D-DCT 变换、视频处理体系及图像 FIR 滤波器设计与实现；视 频降噪算法设计与实现，基于 FPGA 的常用视频处理算法体系结构、边缘 检测算法等。第 四 阶 段 第 一 部 分 SoPC 系统设计与应用课课 程程 目目 标标
11、本章课程使学员熟练掌握参数化库 LPM 模块的使用；精通 FPGA 中锁相环 模块及 SignalTap 的使用；精通 SoPCBuilder 的使用，能够用 NiosII 软件集 成开发环境 IDE 建立用户程序；掌握在 NiosII 系统中融入自己所设计 IP 的 技术。毕毕 业业 答答 辩辩毕业设计将设计并实现一个真实和完整 FPGA 项目的开发流程，涉及方向 为通信、数据采集、软件无线电、图像与视频处理等方面。要求学员将前 面所学知识融入运用到实际项目开发中，培养学员的团队开发和协同工作 能力，强化学员完成标准设计文档能力，为以后的工作打下坚实基础。FPGAFPGA 工程师的要求工程师
12、的要求 1.Verilog 语言及其于硬件电路之间的关系。2.器件结构（最好熟练掌握 Spartan3，Vertix4 系列的器件结构，及其资源于 Verilog 行为描述方法的关系。）。3.开发工具（熟练掌握 Synplify,Quartus，ISE,Modelsim)。4.数字电路（组合电路，触发器，特别是 D 触发器构成分频器，奇数倍分频占 空比为 50%，时序电路，并且能用 Verilog 语言描叙。）。5.熟悉 FPGA 设计流程（仿真，综合，布局布线，时序分析）。6.熟练掌握资源估算（特别是 slice,lut,ram 等资源的估算）。7.同步设计原理。8.熟练掌握基本概念（如建立
13、时间，保持时间，流量（即所做 FPGA 设计的波特 率）计算，延迟时间计算（所做 FPGA 设计），竞争冒险，消除毛刺的方法等等） 。9.具备具体设计经验（对应届生而言如毕业设计）。10.良好的设计思路（流水线设计即熟称打拍子，在速率资源功耗之间的折中考 虑）。现在 FPGA 基本方向：高速通讯、图像处理和 SOC。 若以 SOC 为发展方向，那么就要多研究研究 Xilinx 或者 Altera 的软核、和其某些产品里的硬核。研究他们的架构、开发工具、以及相应的嵌入式操作系统。如有的内嵌了 ARM A 系列硬核，应该研究相应的 Linux等操作系统了。 若以图像处理、视频处理为发展方向，那么应
14、该多研究图像采样原理、色彩空间及其转化、图像格式及其标准、通讯方式、图像滤波、图像缩放、多屏显示、视频矩阵，甚至是图像识别等等。 高速通讯，我没研究过，没法说什么。但是，据说这个方向应该对高速 PCB 有很深的研究。FPGA 主要应用：1、逻辑控制（逻辑接口领域）传统方向,主要用于通信设备的高速接口电路设计，用 FPGA 处理高速接口的协议，并完成高速的数据收发和交换。FPGA 最初以及到目前最广的应用就是在通信领域，一方面通信领域需要高速的通信协议处理方式，另一方面通信协议随时在修改，非常不适合做成专门的芯片。因此能够灵活改变功能的 FPGA 成为首选,到目前为止 FPGA 的一半以上的应用
15、也是在通信行业。2、算法实现（信号处理、图像处理）数字信号处理方向或者数学计算方向，很大程度上这一方向已经大大超出了信号处理的范畴。在这一方向要求 FPGA 设计者有一定的数学功底，能够理解并改进较为复杂的数学算法，并利用 FPGA 内部的各种资源使之能够变为实际的运算电路。3、SOPC（控制）严格意义上来说这个已经在 FPGA 设计的范畴之内，只不过是利用 FPGA 这个平台搭建的一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后设计者主要是在上面进行嵌入式软件开发而已。如果涉及到需要在 FPGA 做专门的算法加速，实际上需要用到第二个方向的知识，而如果需要设计专用的接口电路则需要用到第一个方向的知识。目前 SOPC 方向发展其实远不如第一和第二个方向，其主要原因是因为 SOPC 以 FPGA 为主，或者是在 FPGA 内部的资源实现一个“软”的处理器，或者是在 FPGA 内部嵌入一个处理器核。但大多数的嵌入式设计却是以软件为核心，以现有的硬件发展情况来看，多数情况下的接口都已经标准化，并不需要那么大的 FPGA 逻辑资源去设计太过复杂的接口。而且就目前看来 SOPC 相关的开发工具还非常的不完善，以 ARM 为代表的各类嵌入式处理器开发工具却早已深入人心，大多数以 ARM 为核心的 SOC 芯片提供了大多数
