大咖问答15期：小梅哥坐镇，在线搞定FPGA设计难题

sylar.z

小梅哥，您好：
关于FPGA的自学方法，我认为有一本好的教材和在开发板上跑例程熟悉是必须的。在深入学习的阶段，FPGA的设计需要关注哪些要点？有什么好的设计规则或设计习惯？在实操阶段，有哪些能较容易的实现应用？
《FPGA自学笔记—设计与验证》与《SoC FPGA嵌入式设计和开发教程》这两本书，哪一本更适合有ARM开发基础FPGA初学者。

sylar.z

小梅哥，您好：
现在国产FPGA与国外产品有哪些差距，在哪些级别的FPGA应用，从性能、稳定性和功耗上来说，国产的FPGA能替代国外产品。

雪孩爱雪

没啥问题，给梅哥捧个场儿

小梅哥

Q向涵Q 发表于 2020-9-2 00:55
以前还在读书得时候，总能听到FPGA得声音，FPGA在我心中占有一席之位，对FPGA仰慕已久，但是这多么年过去了 ...

FPGA 学习，从我本人参加FPGA学习和后期指导学生学习FPGA的经历来看，我认为FPGA的学习内容包括以下几个要素。
1、语法的学习，这是最基础，也是最简单的。记得我之前学习语法的时候，就是去抄书，对着把书上的一些不那么复杂的代码抄出来，然后在EDA软件（Quartus）里面编译，虽然我照着抄，但是还是会有很多手误错误，这个时候就能结合软件的报错信息，再去比对自己的代码和书本上代码的差异，快速搞清楚语法的正确用法，还能学习知道，怎样的错误，EDA软件会报出怎样的错误信息，以后自己写代码看到相应的报错，就能马上找到错误的位置了。

2、常见开发方法的学习
什么状态机、线性序列机、模块划分，模块间的控制信号交互，数据流的控制等等。这些可以通过相应的视频课程和课堂安排的练习去学习，去熟悉，到最后自己能够熟练的应用这些方法设计自己的逻辑。

3、验证方法的学习
FPGA设计，不是说把代码写出来就行了，还得保证代码能够实现想要的功能，那么如何去确保你写的代码能够实现想要的功能，那就是验证，FPGA设计中使用的最多的验证工具就是Modelsim仿真。如何正确的设计激励来测试代码，如果通过仿真的结果来发现隐藏的问题，这些都是需要扎实掌握的。验证方法的学习，无他，就是要严谨。

4、调试方法和技巧
没有谁能保证自己写出来的代码一写出来就是完美无缺。事实上，即使是多年经验的资深FPGA工程师，也很难做到这样，更多的时候，一个最终恰好实现功能的代码，不是写出来的，而是调出来的，怎么去调试，调试的过程有哪些方法？哪些技巧？有哪样一些工具可以借用，都是需要学习的。

说了这么多，究竟怎么去学习呢？单项学习从理论上来说，可行，但是效果并不好，实际上，这些知识并不是独立的，而是相互关联的。所以，我个人认为学习的最好方法就是不要眼高手低，要能沉得住气，从最简单的项目着手，用心，认真的去学习，去实践，在学习实践的过程中，慢慢的积累经验。图快，想走捷径，我认为是不太可行的。

学习资料，大家只要想学，网上能找到很多，我也录制了很多视频课程，大家可以直接在网站上学习。视频再多，如果你只是走马观花的学习，验证性学习，不愿意去动手练习，动手调试，那基本不会有任何实质的收获了。

小梅哥

Q向涵Q 发表于 2020-9-2 01:00
小梅哥哥，FPGA的应用领域一般是哪些呢

应用领域，这个问题很容易百度得到，高大上的比如移动通信基站里面的各种设备、现在搞什么人工智能，神经网络加速计算等等。这些，对于我本人来说比较遥远，也没有从事过。贴地气一点的，每个人都有可能接触到的，比如使用FPGA做高速数据采集、图像预处理、网络交换机。也有用FPGA做多轴电机驱动、数控电源的。世界上使用FPGA用量最大的应用之一，可能就是LED点阵屏驱动了。

小梅哥

独活草 发表于 2020-9-2 08:38
作为一个FPGA的外行，很想请教一下小梅哥一个问题，请问如何设计FGGA 才能让系统跑起来后可以用上python ？ ...

FPGA的全称叫做现场可编程逻辑门阵列，其本质是一堆可以自由编程的逻辑门，能够实现的是数字电路，是硬件。而你所说的python本质是一套软件库，是运行在基于指令的CPU上的，是软件。所以要单问FPGA能不能跑python，我可以告诉你不能。但是要问为能不能想办法在FPGA上跑Python，那办法还是有的，就是在FPGA上设计一个CPU（CPU本身就是数字电路或者数模混合电路），然后再在这个CPU上跑操作系统，运行python。
可能有很多人会说zynq fpga可以跑python，这里其实是一个偷换概念，zynq跑python，本质上还是使用的这个芯片里面的ARM CPU在跑，与这个芯片里面的FPGA没有半毛钱关系。既然题主的问题是问FPGA上跑python，我就还是狭隘的理解这里的FPGA就是指传统意义上的可编程逻辑门阵列。

小梅哥

wgtc 发表于 2020-9-2 11:34
上学的时候喜欢FPGA，都是在学校试验箱上跑程序，奈何毕业之后没有方向，没有前人引导，不知道怎么玩FPGA， ...

这个问题就不由我做主了，看大家的参与程度和手气了

小梅哥

yangjiaxu 发表于 2020-9-2 11:55
请问，FPGA的编程是怎么样的？是和STM32那种直接操作库函数一样么？

FPGA编程，写的是逻辑电路，没有什么库函数可操作，两者完全是天壤之别。FPGA开发，大部分时间都是要自己去写代码，还要进行仿真验证。虽然从编码形式上来说，也是用一种语言在写功能，但是实现的原理是完全不一样的。FPGA编程是怎么样的，建议您随便看几集FPGA开发的入门课程就能了解了。

小梅哥

yangjiaxu 发表于 2020-9-2 11:58
如果使用一款FPGA进行门禁梯控或者物联网设备的设计，是不是大材小用？一般用到FPGA的话，是应用在注重算法 ...

FPGA属于头脑简单，四肢发达，你说用在门禁梯控，这还勉强说的过去，但是用在物联网上，就没那么合适了，物联网讲求的低功耗，灵活多变的协议支持，本身就是FPGA的短板。
所谓算法，个人认为，FPGA是不适合去实现那些复杂度高，分支庞杂的算法的。我们所说的用FPGA实现算法有优势，一般是指FPGA在实现某些特定成熟的算法，例如FFT、FIR、矩阵运算等算法上，能够通过FPGA的结构优势对这些算法进行合理的实现，提升算法的实现效率。FPGA做算法，一般强调的是算法效率，而非算法复杂度。

小梅哥

yangjiaxu 发表于 2020-9-2 12:00
请讲一下FPGA自学方法和FPGA开发常见调试技巧吧，感觉这种是比较有含金量的，也是值得让小白进行学习的 ...

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