學(xué)習(xí)FPGA，我們假設(shè)朋友們對(duì)自己所在的專業(yè)領(lǐng)域的理論是熟悉的，并且對(duì)數(shù)字電路有著基礎(chǔ)的認(rèn)知。那么學(xué)習(xí)FPGA，個(gè)人總結(jié)主要分為如下幾個(gè)步驟：

通用學(xué)習(xí)，不管什么專業(yè)，均需要學(xué)習(xí)的過程

第一、Verilog HDL/system Verilog的掌握

       由于國(guó)內(nèi)基本上使用Verilog HDL更多，所以我們推薦學(xué)習(xí)Verilog HDL，由于verilog和C語言有著70%的相似性，而大多數(shù)高校都有開設(shè)C語言課程，因此選擇Verilog HDL是首選。

       在確定好語言之后，需要不斷的進(jìn)行練習(xí)，常規(guī)的練習(xí)包括計(jì)數(shù)器，編碼器，簡(jiǎn)單的邏輯電路，強(qiáng)化自己對(duì)數(shù)字電路與verilog HDL之間的關(guān)聯(lián)。爭(zhēng)取能做到看到數(shù)字電路，可以聯(lián)想到Verilog，看到Verilog可以聯(lián)想到數(shù)字電路等等。

       在軟件平臺(tái)方面，目前應(yīng)用最多的是Intel的Quartus和Xilinx的Vivado兩個(gè)平臺(tái)，另外對(duì)于一些老款型號(hào)的芯片，Xilinx的ISE也可以使用。一開始對(duì)于這些開發(fā)軟件，不用完全掌握，只需要掌握這些軟件中將Verilog綜合編譯得到RTL數(shù)字電路的功能以及簡(jiǎn)單的仿真功能。用來輔助自己的Verilog的學(xué)習(xí)。

       剛開始當(dāng)然會(huì)遇到很多語法問題，雖然Verilog有官方的IEEE標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，但是對(duì)于初學(xué)者來講，完全看一遍也不太現(xiàn)實(shí)，我建議是遇到問題，直接百度下找下解決方案即可。

   

       第一階段的預(yù)期效果：可以通過Verilog HDL獨(dú)立完成一些簡(jiǎn)單的數(shù)字電路的編程開發(fā)，并進(jìn)行綜合編譯，實(shí)現(xiàn)電路的仿真。如計(jì)數(shù)器，電子鐘，編碼器等等。

 

第二、復(fù)雜數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與verilog HDL的鞏固

       在有了步驟一的基礎(chǔ)之后，可以購買一個(gè)開發(fā)板，一開始不用太貴，1000左右就可以了。一般情況下，購買的開發(fā)板會(huì)提供各種案例，如：

     

       這個(gè)截圖是我以前購買的開發(fā)板附帶的案例，可以看到包括了按鍵控制，LED跑馬燈，串口，網(wǎng)口，存儲(chǔ)器，SUB,SD卡，VGA顯示器以及攝像頭等多個(gè)案例。這些案例基本都會(huì)有有詳細(xì)的注釋和解釋說明，幫助你了解FPGA是具體怎么操作硬件的。結(jié)合仿真分析，把每個(gè)案例都自己嘗試硬件上跑一邊。基本會(huì)對(duì)FPGA有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

       第二階段的預(yù)期效果：這個(gè)階段的預(yù)期效果，會(huì)開發(fā)一些簡(jiǎn)單的數(shù)字系統(tǒng)，并在自己的硬件板子上進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，同時(shí)會(huì)根據(jù)自己需求，使用FPGA上的多種不同類型的硬件資源。

 

第三、時(shí)序、電路優(yōu)化、資源，功耗等學(xué)習(xí)

      FPGA在設(shè)計(jì)過程中，除了實(shí)現(xiàn)邏輯功能之外，還涉及到很多問題，如FPGA時(shí)序問題，電路資源問題，功耗問題等等，一個(gè)好的電路，肯定具備較少的資源占用，較低的功耗以及時(shí)序。這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)時(shí)鐘陪伴整個(gè)FPGA的學(xué)習(xí)生涯。剛開始不懂沒關(guān)系，但是要有這個(gè)意識(shí)。

      此外，F(xiàn)PGA的軟件提供了大量的工具方便查看，如看時(shí)序可以通過modelsim仿真，通過片內(nèi)ILA信號(hào)采集來查看時(shí)序，通過功耗分析看FPGA的實(shí)際可能功耗等等。

 

專項(xiàng)學(xué)習(xí)，根據(jù)自己的專業(yè)方向進(jìn)行深入學(xué)習(xí)（結(jié)合MATLAB等仿真軟件輔助FPGA設(shè)計(jì)）

       FPGA目前應(yīng)用及其廣泛，如通信和信號(hào)處理，圖像處理，接口開發(fā)，數(shù)據(jù)鏈，人工智能，CPU設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)等等。下面就其中幾個(gè)方面的學(xué)習(xí)做簡(jiǎn)單的介紹。

第四、通信與信號(hào)處理，數(shù)據(jù)鏈

       掌握通信原理，信號(hào)處理等通信類基礎(chǔ)課程原理，了解一個(gè)完整的數(shù)據(jù)鏈所設(shè)計(jì)的所有模塊的原理：包括調(diào)制解調(diào)，載波同步，符號(hào)同步，幀同步，位同步，MIMO，F(xiàn)FT，IFFT，信道估計(jì)，均衡等原理，濾波器等等。使用FPGA對(duì)這些模塊進(jìn)行基礎(chǔ)的開發(fā)，并嘗試自己搭建一個(gè)完整的通信系統(tǒng)。從而具備獨(dú)立開發(fā)一個(gè)通信系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理部分的能力。

第五、接口開發(fā)

       串口，SPI，USB，PCI/PCIE，DDR234，TCP/IP/UDP，SATA，HDMI，VGA等常見接口協(xié)議的開發(fā)，并會(huì)自己根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)協(xié)議，開發(fā)接口協(xié)議。

第六、圖像處理

       掌握FPGA對(duì)二維矩陣數(shù)據(jù)開發(fā)的技巧，F(xiàn)PGA加速處理，常規(guī)的圖像處理算法，中值濾波，小波變換，二維傅里葉，圖像增強(qiáng)等基礎(chǔ)算法的開發(fā)。同時(shí)對(duì)一些較為復(fù)雜的圖像處理算法進(jìn)行深入研究，如圖像去霧處理，去抖動(dòng)處理等等。 

第七、人工智能

      人工智能方面，大部分用在目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別，需要有一定的圖像處理理論基礎(chǔ)。了解FPGA開發(fā)AI系統(tǒng)的基本流程，如xilinx的Vitis的AI功能模塊。并掌握MATLAB/PYTHON對(duì)深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的基本流程。目前FPGA做AI開發(fā)，大多數(shù)AI網(wǎng)絡(luò)模塊都有現(xiàn)成的庫可以使用，因此要對(duì)已有的各種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模塊理論要有更為深入的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)什么樣的場(chǎng)景，選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行AI開發(fā)。當(dāng)然，對(duì)于一些要求更高的需求，可自己開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)行FPGA實(shí)現(xiàn)。