0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

Verilog HDL高级数字设计

FPGA研究院 来源:FPGA研究院 作者:FPGA研究院 2022-11-03 09:02 次阅读

一、入门首先要掌握HDL(HDL=verilog+VHDL)。

第一句话是:还没学数电的先学数电。然后你可以选择verilog或者VHDL,有C语言基础的,建议选择VHDL。因为verilog太像C了,很容易混淆,最后你会发现,你花了大量时间去区分这两种语言,而不是在学习如何使用它。当然,你思维能转得过来,也可以选verilog,毕竟在国内verilog用得比较多。

接下来,首先找本实例抄代码。抄代码的意义在于熟悉语法规则和编译器(又叫综合器),常用的集成开发环境有:IntelQuartus、Xilinx的ISE和Vivado、Design Compiler、Synopsys的VCS、Linux下的iverilog、Lattice的Diamond、Microchip的Libero、Synplify pro,然后再模仿着写,最后不看书也能写出来。编译完代码,就打开RTL图,看一下综合出来是什么样的电路。

HDL是硬件描述语言,突出硬件这一特点,所以要用数电的思维去思考HDL,而不是用C语言或者其它高级语言,如果不能理解这句话的,可以看《什么是硬件以及什么是软件》。在这一阶段,推荐的教材是《Verilog HDL高级数字设计》或者是《用于逻辑综合的VHDL》。不看书也能写出个三段式状态机就可以进入下一阶段了。

此外,你手上必须准备Verilog或者VHDL的官方文档,《verilog_IEEE官方标准手册-2005_IEEE_P1364》、《IEEE Standard VHDL Language_2008》,以便遇到一些语法问题的时候能查一下。

二、独立完成中小规模的数字电路设计。

现在,你可以设计一些数字电路了,像交通灯、电子琴、DDS等等,推荐的教材是《Verilog HDL应用程序设计实例精讲》。在这一阶段,你要做到的是:给你一个指标要求或者时序图,你能用HDL设计电路去实现它。这里你需要一块开发板,可以选Altera的cyclone IV系列,或者Xilinx的Spantan 6。还没掌握HDL之前千万不要买开发板,因为你买回来也没用。这里你没必要每次编译通过就下载代码,咱们用modelsim仿真(此外还有QuestaSim、NC verilog、Diamond的Active-HDL、VCS、Debussy/Verdi等仿真工具),如果仿真都不能通过那就不用下载了,肯定不行的。在这里先掌握简单的testbench就可以了。推荐的教材是《WRITING TESTBENCHES Functional Verification of HDL Models》。

三、掌握设计方法和设计原则。

你可能发现你综合出来的电路尽管没错,但有很多警告。这个时候,你得学会同步设计原则、优化电路,是速度优先还是面积优先,时钟树应该怎样设计,怎样同步两个异频时钟等等。推荐的教材是《FPGA权威指南》、《Altera FPGA/CPLD设计》第二版的基础篇和高级篇两本。学会加快编译速度(增量式编译、LogicLock),静态时序分析(timequest),嵌入式逻辑分析仪(signaltap)就算是通关了。如果有不懂的地方可以暂时跳过,因为这部分还需要足量的实践,才能有较深刻的理解。

四、学会提高开发效率。

因为Quartus和ISE的编辑器功能太弱,影响了开发效率。所以建议使用Sublime text编辑器中代码片段的功能,以减少重复性劳动。Modelsim也是常用的仿真工具,学会TCL/TK以编写适合自己的DO文件,使得仿真变得自动化,推荐的教材是《TCL/TK入门经典》。你可能会手动备份代码,但是专业人士都是用版本控制器Git的,可以提高工作效率。文件比较器Beyond Compare也是个比较常用的工具,Git也有比较功能。此外,你也可以使用System Verilog来替代testbench,这样效率会更高一些。如果你是做IC验证的,就必须掌握System Verilog和验证方法学(UVM)。推荐的教材是《Writing Testbenches using SystemVerilog》、《The UVM Primer》、《System Verilog1800-2012语法手册》。

掌握了TCL/TK之后,可以学习虚拟Jtag(ISE也有类似的工具)制作属于自己的调试工具,此外,有时间的话,最好再学个python。脚本,意味着一劳永逸。

五、增强理论基础。

这个时候,你已经会使用FPGA了,但是还有很多事情做不了(比如,FIR滤波器、PID算法、OFDM等),因为理论没学好。我大概地分几个方向供大家参考,后面跟的是要掌握的理论课。

1、信号处理——信号与系统、数字信号处理、多采样率信号处理、数字图像处理、现代数字信号处理、盲信号处理、自适应滤波器原理、雷达信号处理。

2、接口应用——如:UART、SPI、IIC、USBCAN、PCIE、Rapid IO、DDR、TCP/IP、SPI4.2(10G以太网接口)、SATA、光纤、DisplayPort、HDMI

3、无线通信——信号与系统、数字信号处理、通信原理、移动通信基础、随机过程、信息论与编码。

4、CPU设计——计算机组成原理、单片机、计算机体系结构、编译原理、RISC-V

5、仪器仪表——模拟电子技术、高频电子线路、电子测量技术、智能仪器原理及应用。

6、控制系统——自动控制原理、现代控制理论、过程控制工程、模糊控制器理论与应用。

7、压缩、编码、加密——数论、抽象代数、现代编码技术、信息论与编码、数据压缩导论、应用密码学、音频信息处理技术、数字视频编码技术原理、H.265

现在你发现,原来FPGA会涉及到那么多知识,你可以选一个感兴趣的方向,但是工作中很有可能用到其中几个方向的知识,所以理论还是学得越多越好。如果你要更上一层,数学和英语是不可避免的。

六、学会使用MATLAB仿真。

设计FPGA算法的时候,多多少少都会用到MATLAB,比如CRC的系数矩阵、FFT、数字滤波器系数、各种表格和文本处理等。此外,MATLAB还能用于调试HDL(用MATLAB的计算结果跟用HDL算出来的一步步对照,可以知道哪里出问题)。推荐的教材是《MATLAB宝典》和杜勇的《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现》。

七、足量的实践。

这个时候你至少读过几遍芯片手册(官网有),然后可以针对自己的方向,做一定量的实践了(期间要保持良好的代码风格,增加元件例化语句的可读性,绘制流程图/时序图,撰写文档的习惯)。比如:通信类的可以做调制解调算法,仪表类的可以做总线分析仪等等。不过这些算法,在书上只是给了个公式、框图而已,跟实际的差距很大,你甚至会觉得书上的东西都很肤浅。那么,你可以在知网、百度文库、EETOP论坛、opencores、ChinaAET、SCI-HUB、Q群共享、博客上面找些相关资料(校外的朋友可以在淘宝买个知网账号)。其实,当你到了这个阶段,你已经达到了职业级水平,有空就多了解一些前沿技术,这将有助于你的职业规划。

在工作当中,或许你需要关注很多协议和行业标准,协议可以在EETOP上面找到,而标准(如:国家标准GB和GB/T,国际标准ISO)就推荐《标准网》和《标准分享网》。

八、图像处理。(这部分只写给想学图像处理的朋友,也是由浅入深的路线)

1、Photoshop。花一、两周的时间学习PS,对图像处理有个大概的了解,知道各种图片格式、直方图、色相、通道、滤镜、拼接等基本概念,并能使用它。这部分是0基础,目的让大家对图像处理有个感性的认识,而不是一上来就各种各样的公式推导。推荐《Photoshop CS6完全自学教程》。

2、基于MATLAB或OpenCV的图像处理。有C/C++基础的可以学习OpenCV,否则的话,建议学MATLAB。这个阶段下,只要学会简单的调用函数即可,暂时不用深究实现的细节。推荐《数字图像处理matlab版》、《学习OpenCV》。

3、图像处理的基础理论。这部分的理论是需要高数、复变、线性代数、信号与系统、数字信号处理等基础,基础不好的话,建议先补补基础再来。看不懂的理论也可以暂时先放下,或许学到后面就自然而然地开窍了。推荐《数字图像处理》。

4、基于FPGA的图像处理。把前面学到的理论运用到FPGA上面,如果这时你有前面第七个阶段的水平,你将轻松地独立完成图像算法设计(图像处理是离不开接口的,上面第五个阶段有讲)。如果你没有开发板,请参考《Verilog读取bmp图片》。推荐《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》、《基于FPGA的数字图像处理原理及应用》。

5、进一步钻研数学。要在算法上更上一层,必然需要更多的数学,所以这里建议学习实分析、泛涵分析、小波分析等。

下面这两个阶段是给感兴趣的朋友介绍的。

九、数电的尽头是模电

现在FPGA内部的事情是难不到你的,但是信号出了FPGA,你就没法控制了。这个时候必须学好模电。比如:电路分析模拟电子技术、高频电子线路、PCB设计EMC、SI、PI等等,能设计出一块带两片DDR3的FPGA开发板,就算通关了。

十、学无止境。

能到这个境界,说明你已经很厉害了,但是还有很多东西要学的,因为FPGA常常要跟CPU交互,也就是说你得经常跟软件工程师交流,所以也得懂点软件方面的知识。比如ARM(Xilinx的ZYNQ和Altera的SOC会用到ARM的硬核,请参考本博客的《如何学习嵌入式软件》)、DSP、Linux、安卓、上位机(QT、C#JAVA)都可以学一下,反正学无止境的。

十一、其它问题。

a、为什么不推荐学习NIOS II和MicroBlaze等软核?

1、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。

2、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。

3、软核不开源,出现Bug的时候,不容易调试。

4、工程上很少使用,极有可能派不上用场。

b、为什么不推荐0基础学习ZYNQ或SOC?

1、容易让人有傍同心理。傍同心理是指一个人通过渲染与自己有亲近关系的人的杰出,来掩盖和弥补自己在这方面的不足,从而获得心理上的平衡。自己在学习很厉害的东西,然后也感觉自己很厉害,但这只是错觉而已。

2、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。

3、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。

4、开发工具编译时间长,浪费较多时间。

5、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。

c、为什么已经存在那么多IP核,仍然需要写HDL?

1、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。

2、IP核并非万能,不能满足所有需求。

3、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。

4、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。

审核编辑:彭静
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • Verilog
    +关注

    关注

    28

    文章

    1351

    浏览量

    110085
  • HDL
    HDL
    +关注

    关注

    8

    文章

    327

    浏览量

    47380
  • 编译器
    +关注

    关注

    1

    文章

    1634

    浏览量

    49115

原文标题:如何学习FPGA?

文章出处:【微信号:FPGA研究院,微信公众号:FPGA研究院】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    Verilog 与 ASIC 设计的关系 Verilog 代码优化技巧

    Verilog与ASIC设计的关系 Verilog作为一种硬件描述语言(HDL),在ASIC设计中扮演着至关重要的角色。ASIC(Application Specific Integrated
    的头像 发表于 12-17 09:52 103次阅读

    Verilog与VHDL的比较 Verilog HDL编程技巧

    Verilog 与 VHDL 比较 1. 语法和风格 VerilogVerilog 的语法更接近于 C 语言,对于有 C 语言背景的工程师来说,学习曲线较平缓。它支持结构化编程,代码更直观,易于
    的头像 发表于 12-17 09:44 133次阅读

    数字系统设计与Verilog HDL

    数字系统设计与Verilog HDL 1.兼职职位 ,不坐班,等待公司分配任务,时间自由 2.薪资: 200-5000不等可具体协商 3.要求:国内985/211院校在读或毕业,或者国外前100的院校 4.英语水平:四级500+
    发表于 11-06 17:57

    Verilog硬件描述语言参考手册

    一. 关于 IEEE 1364 标准二. Verilog简介三. 语法总结四. 编写Verilog HDL源代码的标准五. 设计流程
    发表于 11-04 10:12 0次下载

    Verilog HDL的基础知识

    本文继续介绍Verilog HDL基础知识,重点介绍赋值语句、阻塞与非阻塞、循环语句、同步与异步、函数与任务语法知识。
    的头像 发表于 10-24 15:00 361次阅读
    <b class='flag-5'>Verilog</b> <b class='flag-5'>HDL</b>的基础知识

    FPGA Verilog HDL有什么奇技巧?

    相加去乘? A:硬件乘法器具有重要意义,主要体现在以下几个方面: 速度优势:在数字电路中,直接使用移位相加的方法实现乘法在速度上通常比通过软件或简单的逻辑运算(如在 Verilog 中直接写 a * b
    发表于 09-12 19:10

    工业级数字钳形表的选型要点和用途

    数字钳形表由于无需断开电路即可直接测量电路交直流电流这一特性,成为电气工程师、电工师傅以及相关行业从业者的必备工具。工业级数字钳形表则具有更高的精度、更强的抗干扰能力,能够应对更恶劣更复杂的工业测量环境。
    的头像 发表于 07-15 14:29 960次阅读
    工业<b class='flag-5'>级数字</b>钳形表的选型要点和用途

    FPGA设计中 Verilog HDL实现基本的图像滤波处理仿真

    今天给大侠带来FPGA设计中用Verilog HDL实现基本的图像滤波处理仿真,话不多说,上货。 1、用matlab代码,准备好把图片转化成Vivado Simulator识别的格式,即每行一
    发表于 05-20 16:44

    有什么好用的verilog HDL编辑工具可用?

    有什么好用的verilog HDL编辑工具可用?最好能集成实时的verilog HDL语法检测、自定义模块识别触发等功能,最好能够免费;
    发表于 04-28 11:00

    verilog调用模块端口对应方式

    Verilog是一种硬件描述语言(HDL),广泛应用于数字电路设计和硬件验证。在Verilog中,模块是构建电路的基本单元,而模块端口对应方式则用于描述模块之间信号传递的方式。本文将介
    的头像 发表于 02-23 10:20 1754次阅读

    verilog inout用法与仿真

    Verilog语言是一种硬件描述语言(HDL),用于描述数字逻辑电路和系统。它是一种非常强大且广泛使用的语言,在数字电路设计中扮演着重要的角色。其中, inout 是
    的头像 发表于 02-23 10:15 3018次阅读

    verilog function函数的用法

    Verilog 是一种硬件描述语言 (HDL),主要用于描述数字电子电路的行为和结构。在 Verilog 中,函数 (Function) 是一种用于执行特定任务并返回一个值的可重用代码
    的头像 发表于 02-22 15:49 5609次阅读

    Verilog HDL数字集成电路设计方法概述

    电子发烧友网站提供《Verilog HDL数字集成电路设计方法概述.zip》资料免费下载
    发表于 02-03 09:27 2次下载

    通过HDL制作了一个4位计数组件VERILOG ,如何设置像这些标准组件这样的API?

    我通过 HDL 制作了一个 4 位计数组件 VERILOG ,如何设置像这些标准组件这样的 API? 例如 counter_writeCounter ()、counter_readCounter () 的命令。
    发表于 01-25 06:06

    #2024,立Flag了嘛? #spinal HDL的基本模块结构

    ]):Unit = { SpinalVerilog(new Demo01)// 生成对应的Verilog HDL文件 } } 生成对应的Verilog HDL // Gener
    发表于 01-21 11:15