【高分奖励】FPGA硬件入门如何学习？

1楼 · 2019-12-02 19:22.采纳回答

声明一下：我个人已经不做FPGA硬件设计许久，很多设计思路还停留在N年前。
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00. 前提
具备数电和模电基础知识;
了解常见电子元器件及其封装，熟知其特性;
了解常见接口电平，熟知其特点;
掌握常见电路仿真、设计及调试方法;（NI公司的Multisim除了正版，还有一个Blue免费版，可以用来仿真电路）
掌握常用PCB设计软件的使用方法（具体软件看个人使用习惯，注意盗版软件可能涉及版权问题），了解PCB生产工艺流程；
掌握高速信号的设计，具备阻抗计算等电路设计技能;（涉及到电磁仿真、热仿真等，其实应该由专职人员来做）
掌握示波器、频谱仪、信号发生器等设备的使用。
（暂时想到这么多，下述的内容仅针对Altera和Xilinx两家公司的部分产品做个人叙述）

01. Altera设计————“熟读唐诗三百首，不会作诗也会偷”
a.  我最开始接触的Altera公司的FPGA主要是Cyclone系列（FPGA）和MAX系列（CPLD），整体属于其产品树的中低端系列。上学买了开发板学习编程。上班之后有设计需求，电源、时钟设计COPY的开发板原理图，只不过具体的电源芯片/晶振/Flash等更换了型号，但是连接方式基本相同。其他电路设计则来源于课程和网络积累（隔离、稳压、接口）。
      现在回想，庆幸不是中高端的FPGA设计，要不然既没地方COPY，也没地方问（当时单位同事以PLC和单片机为主），更可怕的是，当时我根本不具备高速信号设计能力。
      对于一个十分正经的公司而言，一定要有自己的硬件库/设计库，最差也要有过往项目资料汇总，便于自己和他人的后续设计。硬件库可以作为你学习的主要参考。
      可能，对于某些正经Plus的公司，现阶段没有硬件库，那就多百度、多交流、多看手册。
b.  后续工作中有同系列不同型号的芯片设计，参考自己过往的设计做修改（JTAG/AS/时钟/电源/Flash/外设接口有相似地方，只是具体的连接引脚不同）。
      所以，如果仅仅是Altera中低端产品的硬件设计，接口及外围电路基本可以COPY。注意功能引脚的使用和时钟的设计。

02. Xilinx设计
仅仅从资料完整度上来看，Xilinx是当之无愧的Tier_1，其中7Series是其过去十年的主打中高端产品，UltraScale是近两年其中高端产品。
它针对自己的产品树做了硬件设计的充分说明和PCB的部分说明，包括电源设计、电源电容的容值参考、阻抗匹配设计等，这点不展开。
在官网，它有自己以及第三方公司推出的开发板，其原理图可以用作借鉴。

03. 外围扩展
a.  BANK.
      做FPGA设计，自身会涉及到BANK划分;
      不同的BANK后续会涉及到外设接口设计，尤以高速接口为重点，例如DDR（DDR2/DDR3/DDR4……，一般使用HR_BANK）、GTX（PCIE/SRIO/Aurora）等。
b.  时钟、电源.
      普通BNAK的时钟主要是阻抗、幅值、稳定性等参数;高速接口的时钟还涉及Jiter等参数。
      电源主要是幅值和噪声，其中噪声对高速接口的影响比较大。
c.  硬件设计在需求明确之后，原理图设计周期（个人经验）：
      Altera中低端的常规板卡设计方案1~2周（含资料收集、评审），封装绘制2~3天，原理图绘制2~5天（含评审）;
      Xilinx中端板卡设计方案4~8周（含资料收集、评审），封装绘制1~2周（存在硬件库供调取常规封装），原理图绘制1~3周（含评审）;

04. 官网手册（截止到2019-11-28，网址尚有效）
a.  Altera官网（产品 -> 根据产品型号查找文档）
      https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/programmable.html
b.  Xilinx
   ① Xilinx官网：
      https://china.xilinx.com/
   ② 技术支持（含知识库）：（推荐）
      https://china.xilinx.com/support.html
      特别地说明一下，搜索“schematic review checklist”，可以下载7Series的原理图检查表，其内部包括各项设计建议以便逐项核对。
      （附件是2019-11-28官网下载的7系列检查表，我未设置积分下载;官网还有其他诸如功耗计算等文档）
   ③ 软件：（推荐）
      安装任意版本的Vivado，选择其中的DocNav，可以下载手册、查看视频