FPGA学习之RoadMap

古语云&＃xff1a;知己知彼&＃xff0c;百战不殆。那么既然选择了FPGA之路&＃xff0c;欲练此功&＃xff0c;必先……

必先了解清楚&＃xff0c;FPGA的特点&＃xff0c;FPGA善于/不善于解决什么类型问题&＃xff0c;以及FPGA应用的方向&＃xff0c;FPGA学习的要素等等。

一、FPGA的特点

理论上&＃xff0c;通用MCU/CPU和数字ASIC能够做的事&＃xff0c;FPGA都能做&＃xff0c;甚至可以利用FPGA内部资源实现一个CPU&＃xff0c;也即是通常所说“软核”。但这几个既然能够共存&＃xff0c;实际上都有各自适合和不适合的领域。CPU/MCU为通用任务设计&＃xff0c;能够胜任大量常规的控制、计算任务&＃xff0c;但是对一些特殊的任务&＃xff0c;比如高速信号处理、大规模并行计算却是无能为力&＃xff0c;这也是为什么机器学习基本要靠GPU或者FPGA。ASIC为特定应用设计&＃xff0c;性能和功耗都非FPGA能及&＃xff0c;但是功能固定&＃xff0c;流片费用极高&＃xff0c;通常用于非常大批量的场合。和CPU大哥相比&＃xff0c;FPGA的特点是&＃xff0c;可以利用并行实现更高速的计算和更大的吞吐量&＃xff0c;也可以利用其灵活性作为CPU的协处理单元或扩展接口。和二哥ASIC相比&＃xff0c;FPGA的优点主要是其灵活性极高&＃xff0c;重复编程&＃xff0c;在批量不够大或需重复修改的场合较ASIC更为优势。

当然FPGA也有其相应的缺点以及不适合的工作。和MCU比价格相对高&＃xff0c;和ASIC相比速度和功耗都望尘莫及&＃xff08;ASIC作为专用电路比通用电路更加高效&＃xff09;。另外FPGA不适合 1-大量顺序控制&＃xff0c;2-大量存储要求的场合&＃xff0c;这类工作通用MCU更为擅长也更经济。

二、FPGA应用领域

一些传统行业&＃xff0c;比如电力、能源、医疗&＃xff0c;有不少FPGA的需求&＃xff0c;这主要是得益于FPGA灵活的特点。这些领域的设备通常 1-设备大&＃xff0c;价格高昂&＃xff08;成本相对不敏感&＃xff09;&＃xff0c;2- 批量无法巨大&＃xff08;不适合定制ASIC&＃xff09;&＃xff0c;3-设备更新升级较快。这几个特点决定了需要FPGA来实现粘合、接口扩展、通讯实现的需求&＃xff0c;也会包括一些较高速的数据采集处理的应用。当然反过来说&＃xff0c;这些通常不是重型应用&＃xff0c;通常是作为CPU或DSP的扩展和辅助&＃xff0c;用到的FPGA基本是中低端型号。

另一个FPGA广泛应用的领域是ASIC的验证。由于行业不同了解不深&＃xff0c;仅从外行人的初步了解来看&＃xff0c;这个领域 1-用到FPGA通常是逻辑量非常大的型号&＃xff0c;2-因为不会产品化只是作为设计验证工具&＃xff0c;批量不会大。

相对上述两个行业领域&＃xff0c;无线通信行业中FPGA的使用相对更为广泛。这主要因为FPGA的并行架构能够满足其高速信号处理的需求。

仅仅从这些传统领域来看&＃xff0c;FPGA的市场大小远不如CPU和ASIC这两位大哥&＃xff0c;但目前高速发展的一些新兴领域给了FPGA新的机会&＃xff0c;比如工业以太网、机器视觉、机器学习的兴起和实用化。一个典型的方向是机器视觉&＃xff0c;图像和视频的底层处理本身需要及其庞大的重复性运算&＃xff0c;如使用CPU会大大受制于内存读取瓶颈的限制。而这恰恰是FPGA作为硬件计算本身擅长的工作。相信随着越来越多需要高速信号处理、并行计算的新兴技术领域的日渐步入实用化阶段&＃xff0c;FPGA会有更大的用武之地。

三、FPGA学习路线

前面这些算是对FPGA本身的介绍&＃xff0c;下面这些就是FPGA学习路线方面的干货了。趁机会对目前我所了解的内容作个总结&＃xff0c;也作为今后在FPGA之路上前进的路标参照。

FPGA的学习基础是语言和各种工具的掌握&＃xff0c;另外还需要最FPGA的架构和资源有必要的认识。亚稳态、跨时钟域问题个人感觉是验证一个人是否入门FPGA的试金石&＃xff0c;也是能够开发FPGA的一个必要前提。其它的比如硬件思想、速度-面积互换这些需要不断在实际中运用体会。

但做这么久FPGA&＃xff0c;我的观点是FPGA的难点&＃xff0c;全在FPGA之外。使用FPGA本身不难&＃xff0c;难的是能够用FPGA做什么事。比如做通讯接口扩展要求对常用的并行/串行通讯时序有深入理解&＃xff0c;做高速信号采集则要求对ADC、硬件、信号完整性这些方面都有认识&＃xff0c;做图像处理、机器视觉这些更是要求对这些专业领域有比较深的建树 ----可见&＃xff0c;FPGA学习本部仅仅是学习FPGA本身&＃xff0c;作为一种工具&＃xff0c;其能够实现多大的价值更要看对专业领域的认识。

当然了&＃xff0c;每个方向都是一个深坑&＃xff0c;甚至是一个独立的专业&＃xff0c;人生苦短&＃xff0c;往往在其中一个方向有很深的建树就已经了不起了。

&＃xff08;码字不易&＃xff0c;转载请注明出处&＃xff0c;谢谢&＃xff01;&＃xff09;