#懸崖上的花，越芬芳越無常~
終于又抽出時間搞這個FPGA入門系列了，這個也是我之前在B站做的視頻，關于FPGA入門的程序經驗的一個總結，去幫助大家幫助了解FPGA的入門，

——————————————————————————————————————————————

入門 —— 摸著石頭過河

一般我們在學習某項技術的時候，肯定會有一個目標或者目的，這個技術是為了什么，是想做什么，在一開始接觸FPGA的時候，可能是老師的推薦、或者是上專業課的要求，或者是競賽的需求，導致了我們對于掌握FPGA技術的需求，這個接觸的點，就是我們FPGA學習切入的一個點，

拿FPGA干嘛？

FPGA有許多經典的應用領域，像傳統的數字信號處理，軟體無線電、基帶信號處理、數字影像處理，加上芯片驗證上必須的設計驗證，還有像比較基礎的實驗教學，課程設計，這樣教學的場合，而現在開始把FPGA應用的到5G、云計算、資料中心當中去，做神經網路加速，硬體加速，這也是最近很熱門的方向，
明確好學習FPGA的學習方向，有利于在學習的程序中，系統的學習該方面的知識，尤其是邏輯設計的重點，雖然說在初步入門的時候，基本上學的都是一類東西，但是在之后的繼續學習的程序中，還是很多發展的空間的，

FPGA的優勢是？我們用是FPGA的什么優勢？

在FPGA的學習上，不同的人用FPGA的目的不一樣，借用FPGA的優勢也不盡相同，比如說用FPGA做數字信號處理和用FPGA做數字影像處理，用的是FPGA的并行性，能夠實時的處理多位元資料，并且高速；用FPGA做IC的RTL驗證，用的是 FPGA的可重構性，著重強調FPGA的可編程性，對線路時延和跨時鐘域有要求；用FPGA做硬體加速，用的是高速并行性和可重構性，通過將可編程邏輯陣列池化成神經網路的加速單元，為廣譜的神經網路或者特定神經網路進行加速，（比如FPGA在資料中心的部署）

我什么要學FPGA？

這個問題就比較寬泛了，但是在我們初學的時候，肯定有一個這樣的想法，我為什么要學FPGA ，我學FPGA有什么用？ 是為了作業有更好的競爭力？還是為了自己能夠掌握更多的技術，或者FPGA只是工程的一部分，在我們有清晰的目標去努力的時候，學習的動力和效率會更加強烈，學習效果也會更好，

理論 —— 打好基礎

通用的知識

1. 硬體描述語言（HDL) —— Verilog HDL、VHDL、System Verilog
   在一般的社會FPGA入門里（指培訓班和淘寶教程），都會使用Verilog作為入門學習的硬體描述語言；而在大部分高校里，課本和老師大部分使用VHDL作為入門的語言，我個人的推薦是學習Verilog，因為這個是現在商用最廣泛，語法相對簡單和靈活的HDL，雖然system Verilog在語法上具有更高的自由度，但是它的學習難度也是較高的，比較推薦的是先學會Verilog，然后再接觸system Verilog，就很容易了，
   硬體結構
   規范的編程方式
2. 專業的知識？
   通過FPGA實作的功能？數字信號處理？影像采集與顯示？影像處理？物聯網？音頻信號處理？
   關于這個部分，可以去看另一篇博客，里頭的書籍應該會有所啟發，【FPGA】初探FPGA —— 入門書籍推薦
3. 必須要深入的了解

方便理解的FPGA物理架構，FPGA的發展歷史，相對前沿的行業資訊

這一些知識的學習雖然看起來對FPGA的學習并沒有什么幫助，甚至看起來會有點雞肋，但是從長遠的學習來說，有利于構建FPGA的設計思維，就是不要從給單片機的思維去給FPGA編程，

額外但又必須的知識
數字電子技識訓礎 —— 看家老本行
有限狀態機（FSM）—— 一段式、二段式、三段式

實際工程 —— 軟體使用、仿真

（從Altera介紹）

Altera（Intel）—— Quartus II

精簡版Prime官網免費，Prime Standard 可以找破解
仿真軟體 —— Modelsim
Altera 從Quartus 10 之后，就不在自家的EDA軟體里嵌入仿真了，所以必須要做聯合仿真

Xilinx（AMD）—— ISE / Vivado / Vitis

官網能夠免費申請到正版license
初學相對復雜，因為Vivado的步驟比較嚴謹
自嵌入仿真系統，不需要做聯合仿真，但是記憶體占用量會比較大，
適合大型專案高封裝IP庫，以及支持高級語言編程 —— C/C++ in HLS（High Level Synthesis）and Python + FPGA（PYNQ）

試一試支持國產？

上海安路資訊科技（Anlogic) —— Tang Dynasty

相對較少的IP核，有些IP不是很好用
有時會觸發一點奇怪的bug
電腦沒法識別安路的下載器驅動，只能通過禁用數字簽名的方式
相對的新手不友好，以及網上的資料太少，我自己之前寫過幾篇它的博客，可以參考一下，
【FPGA】安路FPGA下載器驅動安裝教程
【安路FPGA】如何使用鎖相環(PLL)IP核
【安路FPGA】從流水燈入門安路開發環境

上板實驗 —— 直觀的效果

理論與實際的結合
簡單的控制器件 —— LED、按鍵、蜂鳴器、數碼管、溫濕度傳感器，UART
復雜的控制器件 —— 實時時鐘，EEPROM，SD卡，ADC，DAC，LCD1602，TFT LCD，VGA，OLED，SPI，IIC
更復雜的控制器件 —— 攝像頭，以太網口，SDRAM，NIOS II
稍微組合一下
跑馬燈 ——　LED 和 計數器、分頻器（我的FPGA老師愛慘了分配器 🙆🏼）
數碼管計數器 ——　 顯示的重要性
交通燈 —— 初入狀態機
VGA顯示靜態圖片 —— ROM的妙處
按鍵控制蜂鳴器報警 —— 來點Music？

系統工程 —— 組合功能、展現應用效果

做點實物？
數字采集系統 —— 攝像頭 + VGA
音頻播放器 —— 錄音、播放、sd卡放音樂
DDS + 示波 —— ROM、DAC、ADC
搶答器 —— 按鍵、蜂鳴器、數碼管
（可以在GitHub和B站里找到這些開源專案）

復雜運算 —— 數字信號處理/影像處理/神經網路

最土的一些
邊緣檢測 —— Sobel算子、Canny算子
形態學濾波 —— 腐蝕膨脹
膚色檢測 —— 膚色閾值
降噪濾波 —— 中值濾波、 均值濾波、高斯濾波
（詳見《基于FPGA的數字影像處理原理及應用》）
數字濾波 —— FIR、IIR
數字運算 —— 浮點數的FPGA運算
（詳見書籍《數字信號處理的FPGA實作》）
控制類 —— PID演算法、kalman濾波
神經網路
大部分是硬體的神經網路加速器

大型工程 —— 科研專案/學科競賽/工程應用

可以通過競賽、GitHub、Gitee 尋找開源的專案進行專案學習和復現，通過中國知網（CNKI）、IEEE Explorer 查詢FPGA工程論文，嘗試復現論文作品，

結語

好懶啊，不想寫結語了，這個文章是把我B站視頻講解的背景拿過來，投的一個文章，因為視頻看起來可能會有點不方便嘛，文章會好很多，總的來說，FPGA的入門是一個道阻且長的程序，不要說我一兩個月就能0基礎速成，兩三個月就能做大專案，這是根本不可能的，

一個具有熟練能力的FPGA應用水平的人，至少需要3個月以上的基礎學習，不是說我做了什么東西，跑了代碼就能夠學成，很多經驗，和演算法融合之后的問題，都需要在實際的應用中才能發現，正好因為最近是第五屆集成電路創新創業大賽的報名，然后很多人也在問我怎么去學FPGA，怎么參加比賽，我是一律不推薦0基礎和剛上完FPGA課程的人去參賽，因為難度太大，差距太大的話，基本就是在浪費時間，
集創賽并不是一個FPGA的比賽，而是真正貼合集成電路和微電子的比賽，FPGA只是其中很小的一部分，相比來說電子設計競賽更適合大部分電子資訊類專業，集成電路比賽的方向偏向性太高了，基本上不適合其它專業，
當然，比賽只是為了提升自己，而不是過于為了拿獎而拿獎，這樣的話，永遠不會有好結果的，這種想法越是強烈的人，越沒有辦法在學術上走的長遠，反而容易走極端，小則學術不端，大則學術造假，

——————————————————名詞翻譯——————————————————————

VHDL —— 超高速集成電路硬體描述語言

Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language