原创 学习FPGA

很早就有用CPLD，做一些简单的MCU扩展功能，但深入一点的都没有过。最近做高频焊接机，用CPLD实现一些稍微复杂一些的算法，就觉得有些累，甚至都做不下去。

现在做火花机，考虑到火花放电过程中会有很多种状态，尤其是短路状态，会影响腐蚀的镜面效果，所以希望用比工作频率更高的速度去采样工作状态，因为火花机的频率达到了上百KHz的速度，就意味着采样速度起码要在MHz级别，加上算法处理等，非普通ARM可以胜任，高速DSP可以，但目前DSP有些边缘化，并且性能不如ARM+FPGA架构，若用FPGA实现数据采样，一些算法在FPGA上处理，性能应该好于DSP。并且这个架构还可以适用于频率更高，比如100MHz级别的，为今后一些高难度的民用工业产品奠定基础。

当前的民用工业产品，比如高频机、火花机等，主流的还是基于模拟技术开发的，因为老一辈的工程师，模拟功底很强，性能做的也不错，还够用，但到了今天，数字化时代，嵌入式兴起后，很多后来者都用ARM等处理器来实现相同的功能，但可惜的是，很多嵌入式人员，模拟功底太弱，虽然嵌入式较强，整体效果下来，没有太多的可取之处，毕竟他们把根本弄丢了。幸好我这一次高频机的成功，是因为把模拟技术与嵌入式很好的结合起来了。

用ARM等嵌入式技术，从本质上讲还不算彻底的数字化，他只是用数字方式来模拟模拟电路，或者做一些控制方面的东西，本质还是一样的，而模拟技术，控制体系往往是以慢控制快，典型的就类似锁相环、PID算法等。通过类似RC滤波来实现控制，比如锁相控制、电压、电流保护等，当故障出来的时候，往往响应速度慢，尤其是电流保护这一项，所以往往要求设计冗余较高，从而成本也更高，从根本上谈不上数字技术。

当前的数字技术应该说是基于FPGA的芯片技术，以更快的速度来监控对象，超采样信号，获取足够的信息，类似一台示波器去监控系统的各个环节的波形，一旦发现波形异常，就马上进入相应的处理，而这个，目前来说，只有FPGA技术才能胜任。可惜的是，国内FPGA人才奇缺，真正有水平的，都去搞这些大家看上去热门的，但竞争又很激烈的行业，最后导致国内一些芯片设计公司，拥有不少的人才，却在跟国外大公司竞争中处于劣势甚至倒闭。相反，若把这些技术，应用到一些相对偏门而又紧缺的行业，则能有不错的机会。

当然话说回来，光有FPGA技术，也是没用的，因为任何一个偏门的行业，都需要一个领路人，没有领路人，哪怕技术再简单，也是没人相信的，其次，其他关联的技术，一般非FPGA人才所熟悉，一般他们不擅长模拟，而这方面，模拟要求很高。

我们有幸符合所有条件，接下来只要把FPGA加强，结合原有的优势，就能获得不错的竞争优势，所以我必须要沉下心来学习，把它当作自己今后长期的事业来做。在此感谢帮助我学习的同学与朋友，感谢！

//回读者

应网友的咨询，我做一些进一步的解答，本篇文章要结合前面那篇“与香港老工程师对话”一起看，因为这个思想体系主要来自于老先生的。当然之前也说了，老先生之所以能做到，主要是因为三个牛人的相互配合，并且这种配合都有几十年了，任何单独一个，都做不出来。

这套思想本质上讲类似独孤九剑，主要讲究采集当前信息预测来提前获取信息而决定下一步动作，这个跟我们当前的控制系统，以慢控制快的思路完全不同，所以具有最大的可靠性。这个技术本质上讲有些类似当前很热门的软件无线电，只是他把这个思想应用到了工业控制领域，我查了不少文献，国内这方面有些萌芽，但还比较初级，主要是技术难度太高了。

具体的讲，这个思想就是分析透彻一个系统的工作原理，之后分解为各个状态，工作的时候用fpga去采集各个状态的信息，来决定下一步如何操作，若异常超过了范围，就抛出来让MCU、ARM等低速的来处理即可。所以我们要做的，是先要分析透彻这个系统的工作流程，描述成状态机，之后用FPGA来实现这些状态机的流程，等价于设计了一颗专用ASIC，MCU、ARM起配置芯片作用和异常处理作用，正常的一般都在FPGA内部做了，这样就可以实现高可靠，高稳定的设计。

当然，具体的很多细节，就如同独孤九剑的口诀一样艰难，意思很容易明白，具体手段就看谁的巧妙了，尤其是高速采样的方式方法上。

老先生讲的这一套思想，我刚开始没有接触过，所以不在那个道上，他又遮遮掩掩，所以一直没明白，真是花费了不少时间搞明白。当然他只是提供了思想，具体的方式方法，看个人的修行了。