怎樣實現(xiàn)單片機FPGA的快速入門概要

1、網(wǎng)絡培訓： 柏氏”步FPGA快速入門學習法 有很多年輕人，被割裂了歷 史，被荒廢了未來 迷茫，迷茫到幾乎絕望 不過，他們還年輕，青春尚存，還有創(chuàng) 造力，還有奮斗的資本 其中不乏不甘心被拋棄，被覆蓋之人。他們還在努力，希望把自己未來的主動權更多地掌握在自己手上 學習和創(chuàng)造是一條和平的成功之路 但是，學什么，怎么學，怎么用，何處用 ？有一個領域，很多人，特別是曾學習 過單片機的年輕人很感興趣 這就是FPGA芯片的開發(fā)應用 但面對FPGA技術所涉 及的繁雜技術大家普遍又感覺到學起來很難，無從下手，無從突破，前景不明， 缺乏信心 本帖針對FPGA或單片機的快速入門學習，介紹了一種方法：柏氏”7步FPG

2、A快速入門學習法 供大家參考。 柏氏”學習法要達到兩個主要目的： 1.讓初學者輕松、快速地入門2.與學習者探討FPGA相關的應用和市場前景 為實現(xiàn)第一個目的，我們將采用 打穿插”的學習技巧 為實現(xiàn)第二個目的，我們與 學習者漫談又哪些可以搶先占領的行業(yè) 制高點”柏氏”步FPGA快速入門學習法 共分7部分第一到第四部分為 穿插式”入門學習部分 是為了讓初學者以最短的時 間實現(xiàn)知識、概念和心理的快速入門。這4個部分，對于FPGA和單片機的學習都適用。第五部分至第七部分是 沙盤談兵”式的介紹告訴學員FPGA的特有技術 優(yōu)勢、實現(xiàn)技巧和市場前景。 這七個部分分別是：第一部分：了解下載線和 JTAG第二部

3、分：制作最簡易的開發(fā)板 第三部分：最偷懶的編程 第四部分：檢驗 入門成果 第五部分：SOPC及實現(xiàn)技巧 第六部分：專業(yè)產品的開發(fā) 第七部分：個 人奮斗特定IP的開發(fā)（上部：入門篇FPGA入門學習網(wǎng)絡講座：柏氏”步FPGA快速入門學習法 第一部分：了解下載線與JTAG很多人覺著學習FPGA或單 片機很困難，為什么？內容太多，頭緒太亂！我們第一步的任務就是：分解和簡化問題。無論是FPGA還是單片機的開發(fā)，都要涉及到三個部分組成 開發(fā)平臺（計算機），下載線， 開發(fā)板（學習板） 其中1.開發(fā)平臺在開發(fā)初期并不需要 下載線和開發(fā)板的支持就能立運行。2 .下載線只是在目標代碼下載或運行調試時才用到3.開發(fā)

4、板在下載完畢后自己能夠獨立運行 根據(jù)以上特點，我們采用各個 擊破的策略去學習和分析這幾個部分。首先是最簡單的下載線部分。每個廠家的開發(fā)模式都是類似的，都有一條下載線（有些還聲稱帶調試功能）在外觀上，這些下載線很類似事實 上，它們采用的技術也確實是一樣的，都是 JTAG接口。各個廠家下載線之間的 區(qū)別，主要是接線位置和順序上有所不同。JTAG（Joi nt Test Actio n Group從字面上就可以看出來，這個接口本來是為了方便電路板芯片之間的連接測試而搞的一套標 準，現(xiàn)在卻被廣泛地用來做下載線接口。當然，電子產品的自動自我檢測設計也將會是一個非常巨大的市場，我們這里先不討論。下載線，一

5、般都采用10芯或14芯電纜和相應的插頭（也有5芯接頭）實際上，除了電源線和地線外，JTAG有四 根有效信號線 這4個信號線是：TCK，TMS，TDI和TDO其中TCK是時鐘線， 為其它信號線提供操作節(jié)拍信號 TMS是狀態(tài)控制線，通過這條線來控制芯片接收 或讀出數(shù)據(jù)的狀態(tài)及狀態(tài)轉變 TDI，可以按照TCK的時鐘節(jié)奏向芯片內輸入數(shù)據(jù) TDO，在需要時，按照TCK的時鐘節(jié)奏從芯片內讀出數(shù)據(jù) JTAG接口標準中， TMS涉及到一個 狀態(tài)機”的概念，有些學員可能理解起來一時有困難，不用強 求，先跳過。學員只要明白在下載或運行調試時，下載線是開發(fā)平臺和開發(fā)板之 間的數(shù)據(jù)通道，這個通道開發(fā)平臺的控制下工作，

6、就夠了，至于如何傳輸數(shù)據(jù)和傳 輸?shù)木唧w內容，可先不去管它。這就是所謂的 穿插式”學習的特點。對于下載線，了解即可了解了下載線，開發(fā)系統(tǒng)三部分之間的關系和相互作用也就清楚 了。不多羅嗦，進入下一步：開始動手制作開發(fā)板。FPGA入門學習網(wǎng)絡講座：柏氏”7步FPGA快速入門學習法 第二部分：制作最簡易的開發(fā)板 自己開始就制 作開發(fā)板，不是玩笑吧？ 要讓學員學會一種方法，抓新技術的 關鍵點” FPGA5 片和單片機芯片，都是可編程的單芯片系統(tǒng)這些芯片的運行或實現(xiàn)功能需要兩個 最基本的條件：1.電源2.已裝載的代碼給芯片提供電源是每個電子產品共有 的問題。至于目標代碼的下載和運行調試控制通道，F(xiàn)PGA和

7、單片機芯片都采用的是JTAG接口要制作開發(fā)板并讓其工作，就要做兩方面的工作，一方面，把芯 片JTAG接口的各個信號線與下載線的相應信號線相連，建立代碼下載通道；另一 方面，給芯片的相應的電源管腳提供所需的電源。原則上，我們只去滿足開發(fā)板的最基本要求。實際要制作開發(fā)板，有三個主要環(huán)節(jié) 1. PCB板，空電路板 現(xiàn)在 的芯片一般都是貼片封裝，需要一個相應的電路板來貼裝芯片。這個實驗電路板可以采用市場上銷售的通用實驗板，也可以自己制作，或由培訓單位提供。培訓時，要給學員介紹PCB線路板設計制作的主要工具軟件及加工流程。2.電源部分 有些單片機芯片的下載線可以給芯片供電。但為了學員學習，理解和掌握，我

8、們選擇在開發(fā)板上用 三端穩(wěn)壓塊為芯片供電。 關于電源的設計，模擬電源和數(shù)字電源的分離問題，接 地問題，功耗等等問題。 是將來電子產品設計的基礎，培訓時一定要讓學員掌握 電源的設計原則和要領，因為他們可能很少有機會學習這方面的內容。限于篇幅， 本帖不展開詳細說明。3.下載和控制通道 設置一個與下載線配套的插座，把芯 片JTAG接口的四個信號線TCK，TMS，TDI，TDO與下載線的相應信號線連 接，同時，根據(jù)需要，把下載線與開發(fā)板的電源和地線的連接。完成以上工作后，一個簡單的開發(fā)板就制作完成了。需要說明的是，對于FPGA來講，其中的代碼，是用RAM方式存儲的，掉電后就會消失。所以，除了可以通過J

9、TGA連線下載外，F(xiàn)PGA的目標代碼，還可以在上電后從外部存儲芯片上載到FPGA芯片中。FPGA芯片設計有專門的上載電路。為了簡化設計，我們的開發(fā)板，采用的是CPLD芯片，CPLD芯片的開發(fā)方法和主要功能與 FPGA相同，只是其功能簡單 一些（不能內嵌CPU等），但其目標代碼可以存儲在芯片內，方便直觀。雖然山寨”風格的開發(fā)板很簡單，但在學習的內容上，關于電源，PCB，F(xiàn)PGA/CPLD的異同和應用側重等方面，教學不要漏項。記住，我們提倡的打 穿插”是不要糾纏非關鍵問題，但不是說完全不理睬這些問題。所有的知識，都可以回頭逐步補齊。FPGA入門學習網(wǎng)絡講座：柏氏”7步FPGA快速入門學習法 第三部

10、分：最偷懶的編程 可編程芯片的開發(fā)，很重要的環(huán)節(jié)就是對芯片的編程。編程，似乎是一個很復雜的問題，但我們打 穿插”時，只能找最偷懶的捷徑很多可編程芯片 的廠家都提供的編程開發(fā)平臺 對于FPGA/CPLD芯片ALTERA有QuartusII 9.1平 臺，XILINX 有ISE 11平臺單片機芯片，如 MSP430和AVR等，用IAR平臺的也 不少這些平臺現(xiàn)在都已經(jīng)很成熟，很完善，使用很方便。它們操作的很多步驟是類似的：1.創(chuàng)建項目并選擇芯片，平臺會根據(jù)你選擇的芯片設置相應的參數(shù)2.選擇相應的開發(fā)語言，單片機可以選 C語言，F(xiàn)PGA/CPLD可以選Verlog HDL語 言。3.編程，編程的內容是

11、越簡單越好，沒有編程基礎的FPGA/CPLD學員可以先選用XILINX的ISE平臺，這個平臺會給編程人員創(chuàng)造最簡單的環(huán)境，而且對于 簡化的程序系統(tǒng)會在后續(xù)的操作中自動做一些內部調整。當然，F(xiàn)PGA的開發(fā)平臺用來輸入設計內容的方法很多，語言編程只是方法之一。編程的內容要簡單 如果是FPGA/CPLD的編程，可以只做兩個賦值語句，如 C=A; D=B;等等如果是單片機 的編程，直接用IN , OUT指令寫兩條輸入輸出語句就可以了 4.編譯，因為命令只 有兩行，編譯一般很容易通過。以上四個步驟對單片機和FPGA/CPLD都是類似 的，以下5, 6兩步是FPGA/CPLD特有的5.指定管腳，設定編程時

12、的變量 A,B,C,D分別對應哪個管腳6.綜合，把編譯玩的代碼在指定的管腳和特定的芯片形 成最終目標代碼7.下載，把最終代碼通過下載線下載到芯片中以上步驟中，編譯和綜合的操作，系統(tǒng)能夠自動完成 能不能下載成功，主要看自制的開發(fā)板電源及 JTAG的接線是否正確，也要看一看下載線在計算機一端的連接和設置。這個學習環(huán)節(jié)似然叫編程，并不是單單是只學習編程，還涉及到其它要學習了解的內容，包 括：開發(fā)平臺的應用，開發(fā)環(huán)境的設計，設計手段的了解（編程只是其一），針對 芯片的操作，編譯綜合問題，下載和校驗等等。這諸多的環(huán)節(jié)，在入門階段不一定展開講述，但要潛移默化地把關鍵知識點告知學員。編程的內容，越簡單越好，

13、更利于理解和驗證。另外要強調的一點是，要讓學員對邏輯電路和時序電路的特點和區(qū)別有一個清楚的了解這對以后的開發(fā)學習很重要。FPGA入門學習網(wǎng) 絡講座： 柏氏”7步FPGA快速入門學習法 第四部分：檢驗入門成果 下載完成后 的，就可以檢驗 速成”的開發(fā)板是否按照設計正常工作了 檢驗很簡單，只要把相 應的輸入端與電源或地相接，然后再查一下輸出端的電位就可以了。如果有人對直接把電源或地線連接到輸入管腳有顧慮，可以串接一個1K左右的電阻，這樣即使是學員把電源或地錯接到其它管腳上，也不會造成芯片管腳的損壞。因為編程的內容很簡單，所以驗證起來也會很容易 這個只有最簡單功能的自制開發(fā)板，可 以作為學員 穿插式

14、”快速入門的 戰(zhàn)利品”，也是最好的入門證書。 在入門學習階 段，學員可以得到兩個方面的收獲：1.明白流程，以后再深入學習各個環(huán)節(jié)會有 所側重2.建立自信，不會再存在擔心學不會，也不再為學習安排的先后輕重問題擔心為了加強效果，學員可以多次地變化第三步的編程內容并通過第四步加以驗 證學員還可以在這個開發(fā)板的基礎上逐步增加各種外部信號或顯示部件，如按鍵，發(fā)光二極管，液晶數(shù)碼屏等等當然，也可以對邏輯電路和時序電路的概念。展開循序漸進的學習。以上四個步驟既適用于FPGA開發(fā)的學習，也適用于單片機的學習 能夠為學員的下一步自學或培訓學習打下基礎。包括知識上的基礎和心理上的自信 下篇部分可以讓學員們了解到，

15、FPGA有哪些潛 力和發(fā)展空間。支持（0中立（0反對（0單帖管理 舉報帖子 使用道具|引用|回復| digitv小大2樓個性首頁|信息|搜索|郵箱|主頁| UC加好友發(fā)短信等級：新手 上路 帖子：5 積分：100 威望：0 精華：0 注冊：2010-4-5 20:40:00 Post By 20104-5 22:12:00 下篇：展望篇FPGA入門學習網(wǎng)絡講座：柏氏”步FPGA快速入門學習法第五部分：SOPC及實現(xiàn)技巧SOPC （可編程芯片上的系統(tǒng)）是 ALTERA 公司提供的一個開發(fā)工具，可以系統(tǒng)平臺的。利用這個開發(fā)工具可以方便地在 FPGA芯片上構建硬件系統(tǒng)平臺和與應用軟件的開發(fā)。借助FP

16、GA技術實現(xiàn)的片上系統(tǒng)有以下幾個特點：1.結構更緊湊，一個FPGA芯片就可以實現(xiàn)一個臺式 機主板加CPU的所有功能。2.擴充更方便，F(xiàn)PGA有獨特的接口性能優(yōu)勢和管 腳數(shù)量優(yōu)勢，特別是在高速接口方面，遠遠領先，而無論是單片機還是臺式機，在 接口和實時信號處理方面都還遠遠不夠。3.可以運行開放軟件系統(tǒng)平臺LINUX，免費的優(yōu)勢不需多說 SOPC構建的系統(tǒng)可以在移動終端，信息處理，通 訊和智能控制等方面，有廣闊的開拓空間。學習或應用SOPC技術，對很多人是一個實實在在的挑戰(zhàn)?？鐚I(yè)，跨平臺，如何有效學習如何快速實施，需要有個清 晰的思路。首先在系統(tǒng)架構上，要以存儲部件為中心進行設計，而不是以CPU

17、為中心。在這點上，F(xiàn)PGA構成的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的臺式機有所不同。臺式機的目標定位是運行程序，它自然選擇了以 CPU為核心FPGA構成的系統(tǒng)是為了處理外來信 息，CPU的作用是輔助性地管理或處理信息。針對這些特點，可以以存儲為中心來進行設計，多用BUFFER，F(xiàn)RAME的方式來組織和處理數(shù)據(jù)，這種思路對學習 者以后的實際構建自己的系統(tǒng)會有幫助。另外，要更充分地利用FPGA的很多特有優(yōu)勢。如果你熟悉總線，就知道實際直連總線要比分時復用總線效率高，易管 理。FPGA豐富的布線資源，可以方便地建立多組專用總線FPGA豐富的硬件資源（如數(shù)以萬計的硬件乘法器等），可以為設計一些快速的硬件處理模塊提供了有 利的

18、條件。這些硬件模塊在設計上應該能有數(shù)據(jù)存儲單元（Buffer或Frame）直接相連。CPU是智能 系統(tǒng)不可或缺的部件，與傳統(tǒng)的計算機有所不同，在一個FPGA技術構成的系統(tǒng)中，CPU最大的優(yōu)勢是作為一個智能管理者的角色，在人機界面，處理策略，資 源調配等方面，起重要作用，而對信息的實際處理上，一些硬件或專用模塊，可能 會與依靠CPU的軟件處理模塊，并駕齊驅，甚至硬件模塊更能出風頭。從一開始，就不要拘泥于傳統(tǒng)的以CPU為中心的計算機架構里，這一點很重要。還有一種信息，是大流量的實時數(shù)據(jù)流，傳統(tǒng)計算機原來幾乎完全來不及處理。這種數(shù)據(jù)對象在FPGA系統(tǒng)中，被作為實時 流數(shù)據(jù)”（Stream）來對待，這

19、些 流數(shù)據(jù)”往 往包含著很多經(jīng)過數(shù)字化的應用信息（如視頻音頻等），它們如同在生產線上正在 被加工的產品，在FPGA系統(tǒng)中被傳輸，控制，處理和存儲。只有在被存儲后， CPU和傳統(tǒng)的軟件模塊才把它們作為數(shù)據(jù)進行處理，而這些傳統(tǒng)的處理方式，效 率往往并不是最高的。 有人知道互聯(lián)網(wǎng)上很多內容也是以信息流的形式傳輸?shù)模?會占用大量的計算機處理能力。舉一個例子，在網(wǎng)絡上傳送視頻，往往會被壓縮，以減少數(shù)據(jù)傳輸量和處理量。而很多以FPGA為核心實現(xiàn)的系統(tǒng)中，要求的不但是無壓縮，而且要 過采樣”至于傳輸鏈路的帶寬問題，利用 FPGA技術來解 決，更有優(yōu)勢?，F(xiàn)在的FPGA芯片，單個接口的速度就可以達到 28Gbp

20、s,而 FPGA本身就管腳多，通道多。 將來設計高帶寬傳輸器件和系統(tǒng)，將成為 FPGA 行業(yè)的一大熱門。FPGA技術除了以上特定優(yōu)勢外，在傳統(tǒng)的計算機能夠實現(xiàn)的 功能，也不遜色。FPGA借助可以執(zhí)行縮減指令”的CPU，得以運行開放式平臺 LINUX系統(tǒng)。本人認為，將來在 LINUX平臺上的軟件，要比 WINDOWS平臺上 更豐富。WINDOWS就難以處理。再舉個例子：要設計一個可以處理 10路實時 信號輸入，10路輸出的交換矩陣 用傳統(tǒng)的計算機來講，它處理不了 而對于FPGA 來講，卻是小菜一碟。FPGA構成的系統(tǒng)，不但在應用覆蓋范圍上有優(yōu)勢，在整 體系統(tǒng)成本上優(yōu)勢也很明顯，本人接觸過一個可以

21、勝任WINDOW終端的FPGA產品，其硬件成本只有100元人民幣左右。功能的可擴充性，成本的優(yōu)勢，會讓 FPGA產品不斷地蠶食，覆蓋傳統(tǒng)的計算機產品領域和信息產品領域，現(xiàn)在很多攝 像機，數(shù)碼相機的核心處理芯片都已經(jīng)使用 FPGA。本節(jié)比較繁瑣，重點是一個 建議：要根據(jù)數(shù)據(jù)處理流程來構建 FPGA系統(tǒng)！ FPGA入門學習網(wǎng)絡講座： 柏 氏”涉FPGA快速入門學習法 第六部分：專業(yè)產品的開發(fā)FPGA與專業(yè)的信號處理芯片結合，可以開發(fā)出很多專業(yè)產 品，如廣播電視，通訊，數(shù)據(jù)傳輸?shù)群芏囝I域，都是FPGA的用武之地。用FPGA和專業(yè)芯片開發(fā)產品，關鍵是在接口環(huán)節(jié)，這包括幾個方面：1.硬件信號接口 2.數(shù)

22、據(jù)接口 3.信息數(shù)據(jù)格式接口用FPGA開發(fā)專業(yè)產品，可以做三個層 面的工作：1.利用專業(yè)接口芯片處理專業(yè)信號 2.利用FPGA的處理能力替代 專業(yè)芯片的功能3.設計專業(yè)接口 IP搞專業(yè)產品的開發(fā)，需要扎實的 FPGA開發(fā) 方面的基礎，也還要有應用專業(yè)領域的相應知識，這雖然很難，但對那些原來就從 事相關專業(yè)的人員，或者較早關注相關領域的 FPGA開發(fā)人員，卻是一個難得的 先機。與民用消費品相比，專業(yè)產品的設計要求會高一些，不過競爭的人也可能 會少一些。專業(yè)產品開發(fā)，是一個巨大的，潛在的 FPGA應用市場。FPGA入門 學習網(wǎng)絡講座：柏氏”7步FPGA快速入門學習法 第七部分：個人奮斗 一特定IP的開發(fā)在