FPGA零基礎(chǔ)入門指南

我從2021年10月份開始接觸FPGA并進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，練習(xí)了已經(jīng)兩年了，離出道的兩年半還差一點(diǎn)，不過(guò)也有很多收獲。目前網(wǎng)上的FPGA的學(xué)習(xí)路線質(zhì)量參差不一，對(duì)于資料的總結(jié)不夠全面，導(dǎo)致我自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中走了很多彎路，例如看了質(zhì)量一般的網(wǎng)課、復(fù)現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤的項(xiàng)目等，這些信息差都極大的影響了我的學(xué)習(xí)成本。

因此，我僅作為一名普通的FPGA愛好者，總結(jié)了一套適用于零基礎(chǔ)的FPGA入門指南，包含全套學(xué)習(xí)路線和資料，都是我本人使用過(guò)，并且精心挑選后的資源，力求給大家呈現(xiàn)最簡(jiǎn)單的FPGA零基礎(chǔ)入門！

本文開源地址（內(nèi)含超多FPGA精品學(xué)習(xí)資料和license）：

https://github.com/ChinaRyan666/FPGA-Getting-Started-Guide

一、每個(gè)人都應(yīng)該會(huì)使用GitHub

如果你是一枚Coder，但是你不知道GitHub，那么我覺得你就不是一個(gè)菜鳥級(jí)別的Coder，因?yàn)槟銐焊皇钦嬲鼵oder，你只是一個(gè)Code搬運(yùn)工。說(shuō)明你根本不善于突破自己！

為什么這么說(shuō)？原因很簡(jiǎn)單，很多優(yōu)秀的代碼以及各種框架源碼都存放于GitHub當(dāng)中！

學(xué)習(xí)之前我們先要明白Git和Github的基本概念：

Git是一個(gè)分布式版本控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一個(gè)軟件，用于記錄一個(gè)或若干文件內(nèi)容變化，以便來(lái)查閱特定版本修訂情況的軟件，通過(guò)Git我們可以從Github和Gitee等地方拉取和推送代碼，便于管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

Github是一個(gè)為用戶提供Git服務(wù)的網(wǎng)站，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)可以放代碼的地方（也可以放其他內(nèi)容）。Github除了提供管理Git的web界面外，還提供了訂閱、社區(qū)、討論組、在線編輯器等豐富的功能。

總結(jié)起來(lái)就是：先學(xué)Git，再學(xué)GitHub。

學(xué)習(xí)資源推薦

• 黑馬程序員Git視頻教程（約4h）

• GitHub新手入門圖文詳解

如果你想更深入的理解Git，玩轉(zhuǎn)GitHub，推薦以下資料

• 廖雪峰的Git教程
• 猴子都能懂的Git入門
• GitHub官方文檔
• 開源指北

二、數(shù)字電路

數(shù)字電路是學(xué)習(xí)FPGA的前提

數(shù)字電路是指基于數(shù)字信號(hào)的電子電路，由數(shù)字邏輯門和觸發(fā)器等元件組成。而FPGA（Field Programmable Gate Array）是一種可編程的數(shù)字邏輯芯片，它是由大量的可編程邏輯單元、I/O單元和時(shí)鐘管理單元等組成的。

FPGA可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，因?yàn)樗梢员痪幊坛筛鞣N不同的數(shù)字邏輯電路，包括邏輯門、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)機(jī)等等。這使得FPGA成為一種靈活、高效的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方式，特別適合于需要快速原型開發(fā)和設(shè)計(jì)迭代的應(yīng)用場(chǎng)景。

FPGA也可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和嵌入式系統(tǒng)。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，F(xiàn)PGA可以用來(lái)處理實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)，例如音頻和視頻信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和微處理器可能無(wú)法處理這些信號(hào)。

因此，F(xiàn)PGA可以看作是數(shù)字電路的一種高級(jí)實(shí)現(xiàn)形式，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不同的數(shù)字邏輯電路和數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用。

學(xué)習(xí)資源推薦

• 數(shù)字電路速成課（約10h)
• 數(shù)字電路課本及講義 百度網(wǎng)盤（提取碼：ryan）
• 記得誠(chéng)數(shù)字電路專欄

對(duì)于FPGA的入門開發(fā)，學(xué)完上面的教程即可，掌握程度70%就可以，如果想系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)數(shù)字電路，建議自行上網(wǎng)尋找合適自己的網(wǎng)課進(jìn)行學(xué)習(xí)，可參考B站清華大學(xué)王紅老師講的數(shù)字電路，但我不推薦，原因是時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)、年限較久遠(yuǎn)（約10年前的課）、無(wú)配套講義（知識(shí)點(diǎn)不夠清晰）。

浩瀚互聯(lián)網(wǎng)，找到適合自己的就行。

三、Verilog HDL

FPGA開發(fā)語(yǔ)言

FPGA的開發(fā)語(yǔ)言主要分為硬件描述語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言兩種。

1.硬件描述語(yǔ)言：

硬件描述語(yǔ)言（HDL）是一種專門用于FPGA開發(fā)的語(yǔ)言，常見的有Verilog和VHDL。使用HDL編程可以直接描述硬件電路的結(jié)構(gòu)和行為，實(shí)現(xiàn)電路的功能。HDL語(yǔ)言需要掌握一定的電路原理知識(shí)，通常被硬件工程師所使用。

2.高級(jí)語(yǔ)言：

高級(jí)語(yǔ)言包括C/C++、Python、MATLAB等，可以通過(guò)編譯或解釋實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA的控制。這種方法需要使用到對(duì)應(yīng)的FPGA開發(fā)工具包，如Vivado等。使用高級(jí)語(yǔ)言可以簡(jiǎn)化FPGA的開發(fā)難度，但是會(huì)犧牲一定的性能。

總之，選擇何種開發(fā)語(yǔ)言取決于FPGA應(yīng)用的需求和開發(fā)者的技術(shù)水平。對(duì)于入門而言，先學(xué)Verilog即可。

學(xué)習(xí)資源推薦

• HDLBits刷題網(wǎng)站
• HDLBits答案及講解(不習(xí)慣網(wǎng)站刷題也可以直接看這個(gè))
• Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程 夏宇聞（Verilog最強(qiáng)語(yǔ)法書，不接受反駁）

使用這門硬件描述語(yǔ)言的時(shí)候我們像是在建模，這點(diǎn)區(qū)別于編程語(yǔ)言，這往往是新手首先需要繞過(guò)來(lái)的難關(guān)！

入門只需把HDLBits刷70%即可，細(xì)節(jié)不必深究，在具體實(shí)驗(yàn)中去品味。

四、FPGA開發(fā)

正片開始，僅屬于FPGA的浪漫。

基礎(chǔ)掃盲

Xilinx和Altera是我們主要使用到的FPGA芯片廠商，此外還有國(guó)產(chǎn)的紫光、安陸等。

對(duì)我們用戶來(lái)說(shuō)，他們的區(qū)別主要在于EDA軟件的不同，比如Xilinx使用的是Vivado、Altera使用的是Quartus。（Xilinx已被AMD收購(gòu)，Altera已被Intel收購(gòu)）

軟件選擇也就影響了我們的板卡選擇，選擇Vivado還是Quartus取決于設(shè)計(jì)人員所需要的功能和設(shè)計(jì)對(duì)象。

如果設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)Xilinx FPGA芯片，則Vivado是更好的選擇；如果需要設(shè)計(jì)Altera FPGA芯片，則Quartus更適合。同時(shí)，如果速度和處理能力是設(shè)計(jì)人員的首要考慮因素，那么Vivado是更好的選擇；如果設(shè)計(jì)人員需要更多的工具和優(yōu)化功能，則Quartus可能更適合。

雖然對(duì)于入門來(lái)說(shuō)選擇哪個(gè)沒有太多區(qū)別，但學(xué)習(xí)FPGA的時(shí)候手上最好要有一塊板卡，上板驗(yàn)證會(huì)有更多的成就感。所以，用什么家的板卡，就用什么軟件。

學(xué)習(xí)資源推薦

• 小梅哥Xilinx FPGA開發(fā)全套網(wǎng)課

  目前我認(rèn)為全網(wǎng)最好的免費(fèi)FPGA邏輯端開發(fā)教程，只要你按照這套教程用心學(xué)完，你就是個(gè)有開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的FPGA工程師了。

  如果走馬觀花，心浮氣躁的瀏覽完整個(gè)課程，那就只能算是擴(kuò)展知識(shí)面了。眼睛覺得會(huì)了，手表示自己不會(huì)寫。按照教程推薦的方法學(xué)，越學(xué)越簡(jiǎn)單，越學(xué)越有信心，如果走馬觀花，不注重基礎(chǔ)的打造，只想看結(jié)果，不注重學(xué)習(xí)和調(diào)試的過(guò)程，只會(huì)越學(xué)越困難，最后放棄。

• 小梅哥官網(wǎng)

  寶藏網(wǎng)站，我總結(jié)了以下幾種打開方式：

  1.選擇一款芯片（基本涵蓋市面上所有常見的），找到對(duì)應(yīng)小梅哥家的板卡名稱，搜索即可查到全套軟硬件、網(wǎng)課及開發(fā)資料。重點(diǎn)看開發(fā)板的文檔手冊(cè)，小梅哥的文檔總結(jié)非常詳細(xì)，強(qiáng)烈推薦。

  2.開發(fā)時(shí)遇到報(bào)錯(cuò)，將報(bào)錯(cuò)信息復(fù)制到此網(wǎng)站的搜索欄，絕大部分報(bào)錯(cuò)都是有對(duì)應(yīng)解決方法的。

  3.逛三大專欄：FPGA學(xué)習(xí)交流、MCU學(xué)習(xí)交流、ARM Linux學(xué)習(xí)交流，你將會(huì)打開一個(gè)新世界。

至此，F(xiàn)PGA入門就結(jié)束了，如果你能用心學(xué)完這些，相信你會(huì)對(duì)FPGA的世界更感興趣，就可以開始進(jìn)階學(xué)習(xí)了，例如ZYNQ、HLS高層次綜合、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器等等。

最后再推薦一個(gè)網(wǎng)站和一套人工智能的學(xué)習(xí)資料，供大家一起進(jìn)步！

• Road To Coding

  B站程序羊做的一個(gè)開源編程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，有六大方向的學(xué)習(xí)路線和知識(shí)點(diǎn)大梳理，包括但不限于Java后端、前端、C/C++后臺(tái)開發(fā)、大數(shù)據(jù)開發(fā)、嵌入式開發(fā)，還有很多寶藏資料，考研求職摸魚…一起去探索吧！做一個(gè)全棧大佬！

• 人工智能全套學(xué)習(xí)路線

  B站Future做的全套學(xué)習(xí)路線，從0到1，這年頭不會(huì)人工智能都不好意思坐在實(shí)驗(yàn)室了！

之后我會(huì)繼續(xù)更新FPGA的詳細(xì)進(jìn)階指南，先挖個(gè)坑（因?yàn)槲乙策€在進(jìn)階中），希望我練習(xí)完兩年半可以出道。

一起學(xué)起來(lái)吧??！

No gall no glory（不經(jīng)磨練，難現(xiàn)輝煌）

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