一个死磕FPGA 9年的大龄工程师的肺腑之言

硬件笔记本

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我做FPGA开发9年多了，算是一个大龄工程师了。期间接触过一些项目管理和技术支持之类的工作，不知道为什么，脱离研发做这些工作我总觉得不踏实，也许天生就适合死磕技术。

) ]8 {. u4 P$ F; ^就是不知道继续这么死磕下去会怎么样，曾经也很迷茫，生怕随着年龄的增长，精力比不上年轻人，加班熬夜啥的心有余而力不足，会被逐渐淘汰。迷茫啥的就不细谈了，好在我也想了很多，逐渐想明白了很多，我一定要给做FPGA的兄弟姐妹打打气。
我现在最庆幸的事情就是从进入职场到现在一直是FPGA开发，我感觉，做FPGA开发这行经验是很重要的，入门简单，想提升会越来越难。做FPGA开发不只是会写写verilog和VHDL代码这么简单，我记得刚学习verilog的时候，光是要搞明白哪些语句可以综合，哪些语句不可以综合，就花费了很长时间。关注公众号：硬件笔记本

' s; {' k6 A  U1 {2 I. B硬件开发语言是要映射成数字逻辑电路的，随着做FPGA的时间长了，写代码的时候脑子里都是0/1的翻转，会逐渐映射出一个个与非门、触发器、存储器，以及他们之间的连线，并且时时刻刻考虑怎样设计才能保证面积最小或者延迟最低。功能做对了还要考虑时序的优化，就算你功能设计的再完美，代码写的再简洁，设计的时候没有考虑时序，一切都是花架子、空摆设。关注公众号：硬件笔记本
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/ O  D. H, b! I. j8 r3 m一个成熟的FPGA不仅是熟悉FPGA就好，最基本的接口协议就能罗列一大堆，够你啃很久了，不懂接口协议FPGA就是孤家寡人，没有数据的交互，什么都干不了。如果要用FPGA做算法，还需要学习更高级的语言做仿真和验证，更重要的是要把算法映射到FPGA的硬件资源或者外设，并基于速度、面积和功能做平衡，做优化。还是挺有挑战呢。
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+ s) j% M, f) `* e; FFPGA是介于软硬件之间的一朵奇葩。你用它做接口、做通信，它就偏向硬件；你用它做算法、做控制，它就偏向软件。而且随着人工智能、机器视觉的崛起，FPGA更加偏向软件算法的异构，有和GPU一争高下的潜力。想想都有些小激动呢。
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# I7 W) r1 A8 A) r- Q所以，正在做和准备做FPGA的兄弟姐妹们，我们已经在路上了，也许你面前沟沟坎坎很难走，甚至有一堵墙遮光蔽日，请你相信前途是光明的，凭着死磕的精神继续走下去，每天都会有收获。关注公众号：硬件笔记本
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看了以上这位FPGA高手的肺腑之言，你是不是也摩拳擦掌，跃跃欲试了！不过，要进入FGPA领域，或继续提高自己的设计水平，还的先规划一下适合自己的学习进阶之路，看看过来人的经验总结。
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8 |5 A, k' \- i$ s7 Q6 ^( jFPGA入门之道
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5 |2 ?7 n2 X3 P+ y( C* e, T1 N* }对于新手学习FPGA设计，要从基础开始做，基础牢，才有成为高手的可能。

4 `9 b) V' J7 w8 V0 r对于初学者，有以下几步是必须要走的：
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第一步：学习了解FPGA结构，FPGA到底是什么东西，芯片里面有什么，不要开始就拿个开发板照着别人的东西去编程。很多开发板的程序写的很烂，我也做过一段时间的开发板设计，我觉得很大程度上，开发板在误人子弟。关注公众号：硬件笔记本
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+ q  f/ o& E& o& a: }9 `不过原厂提供的正品开发板，代码很优秀的，可以借鉴。只有了解了FPGA内部的结构才能明白为什么写Verilog和写C整体思路是不一样的。
4 S6 Q8 x2 d$ L) X5 _; |" P2 I第二步：掌握FPGA设计的流程。了解每一步在做什么，为什么要那么做。很多人都是不就是那几步吗，有什么奇怪的？呵呵，我想至少有一半以上的人不知道synthesize和traslate的区别吧。
5 c; y, }) @1 d- ~& y6 g了解了FPGA的结构和设计流程才有可能知道怎么去优化设计，提高速度，减少资源，不要急躁，不要去在为选择什么语言和选择哪个公司的芯片上下功夫。语言只是一个表达的方式，重要的是你的思维，没有一个好的指导思想，语言用得再好，不过是个懂语言的人。
5 i) ?+ [- w9 t5 A  o4 h. n5 Y9 b第三步：开始学习代码了。我建议要学代码的人都去Altera或Xilinx的网站上下原厂工程师的代码学习。不要一开始就走入误区。关注公众号：硬件笔记本
第四步：template很重要。能不能高效利用fpga资源，一是了解fpga结构，二是了解欲实现的逻辑功能和基本机构，三是使用正确的模板。FPGA内部器件种类相对较单一，用好模板，你的逻辑才能被高效的综合成FPGA擅长表达的结构：）
& E( L: u: ?% ~! ?做fpga主要是要有电路的思想，作为初学者，往往对器件可能不是熟悉，那么应该对于数字电路的知识很熟悉吧，fpga中是由触发器和查找表以及互联线等基本结构组成的，其实在我们在代码里面能够看到的就是与非门以及触发器，不要把verilog和c语言等同起来，根本就是不同的东西，没有什么可比性，在写一句程序的时候应该想到出来的是一个什么样的电路，计数器,选择器 ,三态门等等，理解时序，逻辑是一拍一拍的东西。

在设计初期想的不是很清楚的时候可以画画时序图，这样思路会更加的清晰，还有就是仿真很重要，不要写完程序就去往fpga中去加载，首先要仿真，尤其是对比较大型一点的程序，想像自己是在做asic，是没有二次机会的，所以一定要把仿真做好。

还有很多新手对于语言的学习不知道选vhdl好还是verilog好，个人偏好verilog，当然不是说vhdl不好，反正写出来的都是电路，那当然就不要在语言的语法上面花太多的功夫了，verilog 言简意赅assign always case if else 掌握这些几乎可以写出90%的电路了，上面是我的一些愚见，希望对大家有所帮助。
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0 d4 p6 q' \: j( QFPGA设计者需
修炼的5项基本功
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. V3 ]0 t6 j# }6 c成为一名说得过去的FPGA设计者，需要练好5项基本功：仿真、综合、时序分析、调试、验证。

对于FPGA设计者来说，练好这5项基本功，与用好相应的EDA工具是同一过程，对应关系如下：
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! M4 ^( |/ M$ _( ^; a1. 仿真：Modelsim, Quartus II(Simulator Tool) riple
# C% d9 {1 |- C& b9 k% e3 E; K2. 综合：Quartus II (Compiler Tool, RTL Viewer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
3. 时序：Quartus II (TimeQuest Timing Analyzer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
0 L8 s1 @2 [: H- {, a- G% G& g4. 调试：Quartus II (SignalTap II Logic Analyzer, Virtual JTAG, Assignment Editor)
5. 验证：Modelsim, Quartus II(Test Bench Template Writer)

掌握HDL语言虽然不是FPGA设计的全部，但是HDL语言对FPGA设计的影响贯穿于整个FPGA设计流程中，与FPGA设计的5项基本功是相辅相成的。关注公众号：硬件笔记本

对于FPGA设计者来说，用好“HDL语言的可综合子集”可以完成FPGA设计50%的工作——设计编码。
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  A# ~# f9 T8 i$ ?- o% v" }" T练好仿真、综合、时序分析这3项基本功，对于学习“HDL语言的可综合子集”有如下帮助：

) c" [! h+ o8 K# g2 K1. 通过仿真，可以观察HDL语言在FPGA中的逻辑行为。
8 r' ?- ?+ i# H& t2. 通过综合，可以观察HDL语言在FPGA中的物理实现形式。
& @, l4 p( e6 U) W5 I: U# L- |6 |3. 通过时序分析，可以分析HDL语言在FPGA中的物理实现特性。
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对于FPGA设计者来说，用好“HDL语言的验证子集”，可以完成FPGA设计另外50%的工作——调试验证。
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/ c4 _, h) \8 m% D' ]& e1. 搭建验证环境，通过仿真的手段可以检验FPGA设计的正确性。 riple
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2 ^. J- p* Y8 U$ n' t2. 全面的仿真验证可以减少FPGA硬件调试的工作量。
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3. 把硬件调试与仿真验证方法结合起来，用调试解决仿真未验证的问题，用仿真保证已经解决的问题不在调试中再现，可以建立一个回归验证流程，有助于FPGA设计项目的维护。

FPGA设计者的这5项基本功不是孤立的，必须结合使用，才能完成一个完整的FPGA设计流程。反过来说，通过完成一个完整的设计流程，才能最有效地练习这5项基本功。关注公众号：硬件笔记本

/ O, q. A5 n$ L& a( E4 L对这5项基本功有了初步认识，就可以逐个深入学习一些，然后把学到的知识再次用于完整的设计流程。如此反复，就可以逐步提高设计水平。采用这样的循序渐进、螺旋式上升的方法，只要通过培训入了门，就可以自学自练，自我提高。
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* d1 k  i( U+ M% {' h+ b5 a9 f; ]市面上出售的有关FPGA设计的书籍为了保证结构的完整性，对FPGA设计的每一个方面分开介绍，每一方面虽然深入，但是由于缺少其他相关方面的支持，读者很难付诸实践，只有通读完全书才能对FPGA设计获得一个整体的认识。这样的书籍，作为工程培训指导书不行，可以作为某一个方面进阶的参考书。如何使用现有的书籍进行自学，这是后话。

对于新入职的员工来说，他们往往对FPGA的整体设计流程有了初步认识，5项基本功的某几个方面可能很扎实。但是由于某个或某几个方面能力的欠缺，限制了他们独自完成整个设计流程的能力。
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6 B' e2 m( V: w( ?& t入职培训的目的就是帮助他们掌握整体设计流程，培养自我获取信息的能力，通过几个设计流程来回的训练，形成自我促进、自我发展的良性循环。关注公众号：硬件笔记本

1 M: P8 L8 \# h  a在这一过程中，随着对工作涉及的知识的广度和深度的认识逐步清晰，新员工的自信心也会逐步增强，对个人的发展方向也会逐步明确，才能积极主动地参与到工程项目中来。点击阅读原文学习梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程
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初学者常见的一些问题

1. 为什么不推荐学习MicroBlaze等软核？
3 b0 g& m) q- Q) [性价比不高，一般的软核性能大概跟Cortex M3或M4差不多，用FPGA那么贵的东西去做一个性能一般的CPU，在工程上是非常不划算的。不如另外加一块M3。
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加上软核，可能会影响到其它的逻辑的功能。这是在资源并不十分充足的情况下，再加上软核，导致布局布线变得相当困难。软核不开源，出现Bug的时候，不容易调试。工程上很少使用，极有可能派不上用场。关注公众号：硬件笔记本
　　

8 Z2 \" T) N7 a/ E7 ^' B2. 为什么不推荐0基础学习ZYNQ或SOC？
入门应该学习尽量简单的东西，要么专心学习ARM，要么专心学习FPGA。这样更容易有成就感，增强信心。
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ZYNQ和SOC的应用领域并不广，还有很多人没听过这种东西，导致求职的不利。开发工具编译时间长，浪费较多时间。绝大多数工作，都只是负责一方面，也就是说另一方面，很有可能派不上用场。
　　
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3. 为什么已经存在那么多IP核，仍需写HDL？
; \* o+ A/ Q" [- k- F2 p- k, X. J问这种问题的，一般是学生，他们没有做过产品，没有遇到过工程上的问题。IP核并非万能，不能满足所有需求。尽量少用闭源IP核，一旦出问题，这种黑匣子很可能让产品难产。关注公众号：硬件笔记本

深入理解底一层次，可以更好地使用高一层次。该法则可以适用于所有编程语言。

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