标签: 例说fpga

例说 FPGA 连载 6 ： FPGA 开发所需的技能 特权同学，版权所有 配套例程和更多资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc   前面的文字已经做了很多铺垫，相信读者在初学 FPGA 时也一定早有耳闻。的确， FPGA 是一门相对复杂的技术，先不说设计本身，单是器件的内部结构、繁琐的开发流程、开发过程中需要接触的各种 EDA 工具，有时都会把工程师们折腾得晕头转向。 相比于单一处理器的开发，今天的 FPGA 开发却可能会涉及到嵌入式系统设计的方方面面。如图 1.7 所示，很多时候， FPGA 工程师需要具备的技能可能要比其它任何设计团队多得多，如系统设计、功能分配、嵌入式处理器的实现、 DSP 算法的实现、 HDL 设计输入、仿真、设计优化和高速电路板的布局布线以及特定信号接口的实现等。 图 1.7 FPGA 技术是多种设计技能的交叉 至今在业内可能还有争论，到底 FPGA 是属于纯粹软件的范畴还是纯粹硬件的范畴。从 FPGA 设计的方式和手段上看，和软件有些相似；但从 FPGA 设计的思想和实现方面看，更多的趋向于硬件层面。因此，“软硬兼施”这个词来形容 FPGA 工程师的工作就再贴切不过了。我们说的“软”，一方面的确是传统意义上的软件编程工作可能需要在 FPGA 中实现，另一方面的“软”则指的是 FPGA 逻辑实现所需要的代码输入方式。 单纯的软和硬，还只是很低级的技能。无论是在 FPGA 中内嵌了处理器，还是 FPGA 外部需要接口的处理器， FPGA 都不可避免的要和纯软件打交道，这种软硬衔接部分的设计非常有讲究，这也是 FPGA 工程师系统思维的一种要求。 虽然 FPGA 开发中需要涉及众多的技能门类，对于一些规模不大的工程项目，可能 FPGA 工程师确实要承担起“既当爹又当妈”的重任；但是对于中大规模的工程项目，一定会有一个分工明确的团队协作完成。这样的团队，绝对是一个不折不扣的嵌入式系统精英大荟萃：板级硬件工程师进行 FPGA 的板级原理图绘制、 layout 等工作； FPGA 工程师做底层逻辑实现；嵌入式软件工程师做软件编程工作；也可能会有算法工程师的参与；当然还可能会有系统工程师统领全局（实际情况是，这个角色往往由项目经理兼任），对各个模块（包括软硬衔接部分）和接口进行划分和界定。        

例说 FPGA 连载 4 ： FPGA 语言与厂商介绍 特权同学，版权所有 配套例程和更多资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc   Verilog 与 VHDL 说到 FPGA ，我们一定关心它的开发方式。 FPGA 开发本质上就是一些逻辑电路的实现而已，因此早期的 FPGA 开发通过绘制原理图（和现在的硬件工程师绘制原理图的方式大体相仿）完成。而随着 FPGA 规模和复杂性的不断攀升，这种落后的设计方式几乎已经被大家遗忘了，取而代之的是能够实现更好的编辑性和可移植性的代码输入方式。 说到 FPGA 的设计代码方式，经过近三十年的发展，只有 Verilog 和 VHDL 二者最终脱颖而出，成为了公认的行业标准。对于这两种不同的语法，它们的历史渊源、孰优孰劣这里就不提了。美国和中国台湾地区的逻辑设计公司大都以 Verilog 语言为主，国内目前学习和使用 Verilog 的人数也在逐渐超过 VHDL 。从学习的角度来讲， Verilog 相对 VHDL 有着快速上手、易于使用的特点，博得了更多工程师的青睐。即便是从来没有接触过 Verilog 的初学者，只要凭着一点 C 语言的底子加上一些硬件基础，三两个月很快就可以熟悉 Verilog 语法。当然了，仅仅是入门还是远远不够的，真正掌握 Verilog 是必须花很多时间和精力，加上一些项目的实践，才会慢慢对可编程逻辑器件的设计有更深入的理解和认识。   Altera 、 Xilinx 和 Lattice 相比于互联网的那些“暴发户”，半导体行业则更讲究历史底蕴，“今天丑小鸭，明天白天鹅”的故事要少得多，因此两家历史最为久远的 FPGA 供应商 Altera 和 Xilinx 凭着一直以来的专注，确保了它们在这个行业的统治地位。当然了，很大程度上也是由于 FPGA 技术相对于一般的半导体产品有着更高的门槛，从器件本身到一系列配套的工具链，再到终端客户的技术支持——这一箩筐的麻烦事，让那些行业大佬们想想就头疼，更别提插足捣腾一下了。 不过，提醒大家注意的是，开篇我们提到的 Intel 大手笔新闻，无论将来 Altera 的发展走势如何，这都在预示着一个新的趋势—— FPGA 技术将迎来它的又一个繁茂复活的春天。 唠叨一大气，赶紧回到我们的主题上来。目前 FPGA 器件的主流厂商 Altera 公司和 Xilinx 公司，它们的可编程逻辑器件占到了全球市场的 60% 以上。从明面上的“竞争对手”到今天暗地里还客气的互称“友商”，不难看出两家公司走过历史长河，虽然有“明争暗斗”，但确也不经意间的彼此促进，互相激励。的确，翻看 FPGA 的发展史，往往充斥着这两家公司不断上演的“你方唱罢我登场”的情节，并且偶尔也会有第三者如 Lattice 小弟的“插足”戏份。不过这好在新千年过后，各方重新定位， Altera 和 Xilinx 便牢牢把持住象征统治地位的中高端市场，而 Lattice 也只能在低端市场找找“山中无老虎，猴子称大王”的感觉了。 不论是 Altera 、 Xilinx 还是 Lattice ，甚至一些后来者，如笔者接触过的国内 FPGA 厂商京微雅格，它们的 FPGA 器件内部结构虽然略有差异，但在开发流程、开发工具乃至原厂提供的各种支持上，都是“换汤不换药”的。所以，这对对用户而言，绝对是一个福音，只要好好的掌握一套方法论，任何厂商的器件都可以通吃。        

例说 FPGA 连载 3 ： FPGA 与其它主流芯片的比较 特权同学，版权所有 配套例程和更多资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc   FPGA 、 ASIC 和 ASSP 抛开 FPGA 不提，大家一定都很熟悉 ASIC 与 ASSP 。所谓 ASIC ，即专用集成电路（ Application Specific Integrated Circuit ）的简称；而 ASSP ，即专用标准产品（ Application S pecific Standard Parts ）。电子产品中，它们无所不在，还真是比 FPGA 普及得多得多。但是 ASIC 以及 ASSP 的功能相对固定，它是为了专一功能或专一应用领域而生，希望对它进行任何的功能和性能的改善往往是无济于事的。打个浅显的比喻，如图 1.3 所示，如果说 ASIC 或 ASSP 是布满铅字的印刷品，那么 FPGA 就是可以自由发挥的白纸一张。 图 1.3 ASIC/ASSP 和 FPGA 就如同印刷品和白纸 使用了 FPGA 器件的电子产品，在产品发布后仍然可以对产品设计作出修改，大大方便了产品的更新以及针对新的协议标准作出的相应改进，从而可以加速产品的上市时间，并降低产品的失败风险和维护成本。相对于无法对售后产品设计进行修改的 ASIC 和 ASSP 来说，这是 FPGA 特有的一个优势。由于 FPGA 可编程的灵活性以及近年来电子技术领域的快速发展， FPGA 也正在向高集成、高性能、低功耗、低价格的方向发展，并且逐渐具备了与 ASIC 和 ASSP 相当的性能，使其被广泛地应用在各行各业的电子及通信设备中。   FPGA 、 ARM 和 DSP 与 ASIC 相比， FPGA 、 ARM 和 DSP 都具备与生俱来的可编程特性。或许身处开发第一线的底层工程师要说 No 了，很多 ASIC 不是也开放了一些可配置选项，实现“可编程”特性吗？是的，但与 FPGA 、 ARM 、 DSP 能够“为所欲为”的任意操控一整个系统而言， ASIC 的那点“可编程”性的确摆不上台面。当然，换个角度来看， FPGA 、 ARM 和 DSP 都或多或少集成了一些 ASIC 功能，正是这些 ASIC 功能，加上“可编程”特性，使得它们相互区别开了，并且各自独霸一方。 ARM （ Advanced RISC Machines ）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。由 ARM 公司设计的处理器风靡全球，大有嵌入式系统无处不 ARM 的趋势。因此，我们通常所说的 ARM ，更多的是指 ARM 公司的处理器，即 ARM 处理器。 ARM 通常包含一颗强大的处理器内核，并且为这颗处理器量身配套了很多成熟的软件工具以及高级编程语言，这也是它倍受青睐的原因之一。当然了， ARM 不只是一颗处理器而已，因为在 ARM 内核处理器周边，各种各样精于控制的外设比比皆是，什么 GPIO 、 PWM 、 AD/DA 、 UART 、 SPI 、 IIC ……一列一箩筐。 ARM 的长处在控制和管理，在很多工业自动化中大有用武之地。 图 1.4 ARM 处理器 DSP （ digital singnal processor ），即数字信号处理器，是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，能够进行高速、高吞吐量的数字信号处理。它不像 ARM 那么“胡里花俏”，它更“专”。它只专注一件事，就是对各种语音、数据和视频做运算处理；或者也可以这么说， DSP 是为各种数学运算量身打造的。 图 1.5 DSP 处理器 相比之下，套用近些年一句业内很火的广告词“ All Programmable ”来形容 FPGA 再合适不过了。 ARM 虽然有很多外设， DSP 虽然具备强大的信号运算能力，但是 FPGA 眼里，这些都不过是“小菜一碟”。或许说得有些过了，但是，毫不夸张的讲， ARM 能做的， DSP 能做的， FPGA 一定也都能做；而 FPGA 可以做的， ARM 不一定行， DSP 也不一定行。这就是很多原型产品设计过程中，时不时的有人会提出给于 FPGA 的方案了。在一些灵活性要求高、定制化程度高、性能要求也特别高的场合， FPGA 再合适不过了，甚至有时会是设计者别无选择的选择；当然了，客观的来看， FPGA 固然强大，它高高在上的成本、功耗和开发复杂性还是会让很多潜在的目标产品望而却步，而在这些方面， ARM 和 DSP 正好弥补了 FPGA 所带来的缺憾。 图 1.6 FPGA 器件 总而言之，在嵌入式系统设计领域， FPGA 、 ARM 和 DSP 互有优劣，各有所长。很多时候它们所实现的功能无法简单的相互替代，否则我们就不会见到如 TI 的达芬奇系列 ARM 中有 DSP 、 Xilinx 的 Zynq 或 Altera 的 Soc FPGA 中有 ARM 的共生现象了。 FPGA 、 ARM 和 DSP ，它们将在未来很长的一段时间内呈现三足鼎立的局面。        

例说 FPGA 连载 2 ： FPGA 是什么 特权同学，版权所有 配套例程和更多资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc   2015 年伊始， Intel 欲出资百亿美金收购 Altera 的新闻在半导体业内引发一场不小的轰动。而时隔不到半年，这则新闻居然成为了现实，并且最终的收购价格 167 亿美金也比传闻要高出许多。在早些年里，其实 Intel 与 Altera 已经或多或少有些合作了。 Intel 此举的动机非常明显，不仅是希望在 PC 领域继续拓展服务器市场与数据中心的应用—— Altera 的可编程器件在这方面能够提供强劲的性能竞争力；而且也是期望借助 Altera 来扩宽自身的多元化发展战略—— Altera 是目前唯一一家毛利率好于 Intel 的半导体公司，并且其三分之二的收入来自于电信、无线、军事和太空等领域。无论如何， Altera 能够以其单一的 FPGA 产品线傍上 IT 大佬 Intel ，或多或少都证明了 FPGA 存在的价值。 图 1.1 Intel 与 Altera 的联姻 要说 Intel ，谁人不晓，基本上家家户户都或多或少有一些带着 Intel 烙印的家当；而反观 Altera ，别人可以不知道，但是你要是不知道就要遭受各种鄙视了。身处电子行业，没有玩过 FPGA 不稀奇，但是没有听说过 FPGA 就有些难为情了。 FPGA ？ Altera ？什么情况？好吧，就当你真的什么都不知道吧，下面先开始我们的扫盲行动。入过门的别嫌烦，直接略过本节就好。   FPGA 是什么 简单来说， FPGA 就是“可反复编程的逻辑器件”。如图 1.2 所示，这是一颗 Altera 公司最新的 Cyclone V Soc FPGA 器件，从外观上看，貌似和一般的 CPU 芯片没有太大差别。 图 1.2 Altera 公司最新的 Cyclone V Soc FPGA 器件 FPGA 取自 Field Programmable Gate Array 这四个英文单词的首个字母，译为“现场（ Field ）可编程（ Programmable ）逻辑阵列（ Gate Array ）”。 至于 FPGA 到底是什么，能够干什么，又有什么过人之处？下面我们就把它和它的“师兄师弟”们摆在一起，一一呈现这些问题的答案。    

例说 FPGA 连载：玩转 FPGA ，从项目开始 特权同学，版权所有 配套例程和更多资料下载链接： http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc   从亚微米到深亚微米，再到如今成熟的纳米级工艺，一不留神，双核、多核却延续了摩尔定律的神话。技术的发展日新月异，身处技术研发一线的工程师们，稍不留神，或许就要错过许多新奇好玩的新技术了。可不是，你看今年的硬蛋智能硬件展上， FPGA 厂商赛灵思的展区人头攒动，什么老鼠迷宫、魔方机器人、爬墙机器人、智能书法器……各种新奇玩意层出不穷，简直让人过目不忘。再不动手玩起来，咱们可真要 OUT 啦！ 话说 FPGA 可真是个好东西，速度快、资源多、又灵活，传统工控、机器视觉、数据中心……各个热门领域都能够独挡一面。所以啊，一定要有一个属于自己的 FPGA 硬件平台， DIY 就不再是个梦想。 为了协助大家更好的玩转 FPGA ，特权同学已经是使出挥身解数，将各种自认为是新奇好玩且十分“时髦前卫”的 FPGA 项目“跃然纸上”。没错，这本书可以让大家熟悉这些基于 FPGA 的工程项目的实现细节。但是，更重要的是，我们也为这些项目量身定制了一整套“摸的着且看得见”的实实在在的 FPGA 硬件平台。我想，不需要我说太多，书本（文字）、板子、工程（代码）……真正的玩家已经怦然心动了。 那就不要犹豫了，继续往下翻，开始你的 FPGA DIY 之旅吧。我们将从基本的知识开始，到硬件平台的搭建，再到真正的项目实现，你可以尽情的“玩”，也可以好好的“学”，甚至可以动真格的把工程“产品化”。无论如何，这本书要带给你的，一定是你真正需要的。