小梅哥FPGA学习历程之芯航线FPGA开发平台设计初衷

小梅哥 · 发表于 2015-9-19 14:49:49

记得去年10月份的时候，就在论坛发表过帖子，详见：http://www.openedv.com/posts/list/41397.htm
表示想要设计一款FPGA开发板，如今，经过多位朋友协助，FPGA开发板以及部分配套模块已经设计完成，定名为芯航线FPGA学习板。激动之余，特来发帖。

先来说说我们为什么要做这套板子吧。

数字逻辑设计，一项很高大上的技术，相较于软件设计，数字逻辑设计要更加底层，更加的注重每一个时钟的细节。FPGA，一个新生的高科技宠儿。虽然是80年代才面世，但经过30多年的发展，技术已经相当成熟，应用也十分广泛，从航空航天到军工到民用，甚至消费电子，FPGA无处不在。从今年因特尔斥巨资收购世界最大FPGA厂商之一的Altera就可以看出，未来，FPGA将具有更加广阔的应用。

FPGA的技术特性也决定了其相对于软件开发，想要掌握好，难度大很多。首先，FPGA设计的实际实现严重依赖于开发工具，虽然编码通常使用标准的Verilog来实现，但是涉及到很多细节，只有厂家各自的工具才能够很好的处理。越是底层的东西，需要考虑的问题就越多，因此也就需要更多的工具来配合完成。因此学习FPGA，第一个困难就是工具的使用。为了开发FPGA，各个厂家都提供了其专用的开发工具，例如Altera的Quartus II软件，Xilinx的ISE和Vivado软件。每个软件都又包含了很多小工具，不同的环节需要用到不同的工具。因此，掌握好各种工具的使用本身就是一件复杂的事情。而学习好工具的最简单有效的方式就是通过视频直接演示，这样最直观，也最不容易错过细节。

作为一个从小学就开始接触电子的骨灰级电子发烧友，学好电子技术一直是我的梦想，由于FPGA从很大程度上能够替代MCU（暂不考虑成本差异）众多功能，因此学好FPGA也是一个一举多得的事情，MCU能做到的，FPGA基本都能做到，MCU做不到的，FPGA往往也能做到。所以，从大二开始，我就选择了学习FPGA。由于当时学校教学条件也很有限，因此大部分时间都是在自学，为了学习，我购买过很多FPGA相关的书籍，也购买或借用过很多不同厂家的FPGA开发板。学了两年多，真正学习的有效时间大约5个月吧，但总是不得要领，虽然在学习的过程中了解了很多基础性的东西，也调试了很多代码，但始终无法拥有独立设计编码的能力。所以逐渐的也就丧失了信心，觉得FPGA学习实在是太难了。

现在的学习者，在学习FPGA之前，都有一定的C语言和单片机基础，然而开发FPGA，和传统的使用C开发单片机程序还是有较大的差异，很多学习者容易按照单片机的学习方式和学习思路来进行FPGA的学习和开发。最常见的两大误区就是C式Verilog代码和轻视仿真。反观自己的自学之路，曾在这两个地方浪费了大量的时间和精力，也没有很好的效果。在担任电子发烧友论坛版主期间，我回答了很多朋友的提问。最后总结发现，他们之所以存在这样那样的问题无法自主解决，问题也正是出在学习方法上。结合本人参加培训的经历与感悟，因此决定出一套从零开始，一步一步教会初学者学习方法和思想的视频教程。

当做出这个决定之后，我就简单录制了一集视频教程，并发布在电子发烧友论坛上开展试看活动，征集大家的意见。在众多的回复中，都提到一个问题，没有实际的硬件平台，因此无法进行板级验证。虽然学习FPGA，从很大程度上来说，不依赖于专用硬件平台。但是考虑到众多的初学者，对于FPGA硬件系统不是很熟悉，如果使用不同的平台，在最开始学习时，容易在平台迁移上遇到困难，从而导致初学者学习受阻，信心被打击。因此，在多位朋友的建议下，我决定为这套教程专门做设计一套开发平台，以供0基础的学习者入门学习之用。

这个社会，做事情从来都不是单打独斗能够成功的，每个人精力有限，如果什么事情都自己来做，不但辛苦，而且效率极低，容易失败。因此，当决定设计开发板之后，第一件事情就是组建团队。设计硬件，第一时间就想到了王工，王工是我的师兄，现在在一家高科技公司做layout工程师，设计过不少ARM和FPGA的电路板PCB，而且也学习过FPGA技术，因此找他做电路板是最合适不过的了，更加可贵的是，他也一直都有着创业的心，只是一直苦于没有合适的机会。另外，由于我们的开发板，后期会开发基于NIOS的相关DEMO，为了保证软件设计质量，因此邀请了具有四年软件开发经验的汪工加入，汪工是个思维很活跃的人，总能想到各种新奇好玩儿的东西。这对于学习来说，是非常重要的，如果学习的内容太枯燥无味，没有吸引力，那么很多的朋友就没有了学习下去的动力。所以，我们希望我们的教程是通过比较有趣的实例，来达到吸引学习者坚持学习下去的目的。

为了给我们的开发板留足升级的潜力，我们采用了核心板加外设模块的方式进行设计，这样，只要核心板插接不同的外设模块，就能实现不同的功能。为了配合开发板主板进行示范功能设计，到目前为止，我们共设计了5个外设模块，分别为数码管_VGA_PS2学生模块，4*4矩阵按键模块，4通道10位串行ADC和4通道8位串行DAC模块，USB2.0模块以及4.3寸TFT触摸液晶组件。通过这些模块，配合我们所出的视频教程，就能将FGPA设计的基础打牢，并初步体验FPGA设计系统的无限魅力。

好了，第一帖，开了个头，这里对于为什么要设计这样一块FPGA板卡进行了简单介绍，我们所设计的，与其说是FPGA板卡，更不如说是一个低成本的FPGA学习平台，学习者能够通过这样一个平台，配合高质量的视频教程，快速打牢FPGA设计基础，为后面使用FPGA进行复杂数字系统设计埋下基石。真心希望大家都能够找到正确的学习方法，快速学好FPGA。

欢迎大家加入芯航线FPGA学习平台技术支持群：472607506

小梅哥

2015年9月12日

芯航线电子工作室