FPGA設(shè)計(jì)者需要練好5項(xiàng)基本功

記得《佟林傳》里，佟林練的基本功是“繞大樹、解皮繩”，然后才練成了什么“鬼影隨行、柳葉綿絲掌”。

在我看來，成為一名說得過去的FPGA設(shè)計(jì)者，需要練好5項(xiàng)基本功：仿真、綜合、時(shí)序分析、調(diào)試、驗(yàn)證。

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，以上基本功是針對FPGA設(shè)計(jì)者來說的，不是針對IC設(shè)計(jì)者的。對于IC設(shè)計(jì)，我不懂，所以不敢妄言。

對于FPGA設(shè)計(jì)者來說，練好這5項(xiàng)基本功，與用好相應(yīng)的EDA工具是同一過程，對應(yīng)關(guān)系如下：

1. 仿真：Modelsim, Quartus II(Simulator Tool)
2. 綜合：Quartus II (Compiler Tool, RTL Viewer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
3. 時(shí)序：Quartus II (TimeQuest Timing Analyzer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
4. 調(diào)試：Quartus II (SignalTap II Logic Analyzer, Virtual JTAG, Assignment Editor)
5. 驗(yàn)證：Modelsim, Quartus II(Test Bench Template Writer)

掌握HDL語言雖然不是FPGA設(shè)計(jì)的全部，但是HDL語言對FPGA設(shè)計(jì)的影響貫穿于整個(gè)FPGA設(shè)計(jì)流程中，與FPGA設(shè)計(jì)的5項(xiàng)基本功是相輔相成的。

對于FPGA設(shè)計(jì)者來說，用好“HDL語言的可綜合子集”可以完成FPGA設(shè)計(jì)50%的工作——設(shè)計(jì)編碼。

練好仿真、綜合、時(shí)序分析這3項(xiàng)基本功，對于學(xué)習(xí)“HDL語言的可綜合子集”有如下幫助：

1. 通過仿真，可以觀察HDL語言在FPGA中的邏輯行為。
2. 通過綜合，可以觀察HDL語言在FPGA中的物理實(shí)現(xiàn)形式。
3. 通過時(shí)序分析，可以分析HDL語言在FPGA中的物理實(shí)現(xiàn)特性。

對于FPGA設(shè)計(jì)者來說，用好“HDL語言的驗(yàn)證子集”，可以完成FPGA設(shè)計(jì)另外50%的工作——調(diào)試驗(yàn)證。

1. 搭建驗(yàn)證環(huán)境，通過仿真的手段可以檢驗(yàn)FPGA設(shè)計(jì)的正確性。
2. 全面的仿真驗(yàn)證可以減少FPGA硬件調(diào)試的工作量。
3. 把硬件調(diào)試與仿真驗(yàn)證方法結(jié)合起來，用調(diào)試解決仿真未驗(yàn)證的問題，用仿真保證已經(jīng)解決的問題不在調(diào)試中再現(xiàn)，可以建立一個(gè)回歸驗(yàn)證流程，有助于FPGA設(shè)計(jì)項(xiàng)目的維護(hù)。

FPGA設(shè)計(jì)者的這5項(xiàng)基本功不是孤立的，必須結(jié)合使用，才能完成一個(gè)完整的FPGA設(shè)計(jì)流程。反過來說，通過完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)流程，才能最有效地練習(xí)這5項(xiàng)基本功。對這5項(xiàng)基本功有了初步認(rèn)識，就可以逐個(gè)深入學(xué)習(xí)一些，然后把學(xué)到的知識再次用于完整的設(shè)計(jì)流程。如此反復(fù)，就可以逐步提高設(shè)計(jì)水平。采用這樣的循序漸進(jìn)、螺旋式上升的方法，只要通過培訓(xùn)入了門，就可以自學(xué)自練，自我提高。

市面上出售的有關(guān)FPGA設(shè)計(jì)的書籍為了保證結(jié)構(gòu)的完整性，對FPGA設(shè)計(jì)的每一個(gè)方面分開介紹，每一方面雖然深入，但是由于缺少其他相關(guān)方面的支持，讀者很難付諸實(shí)踐，只有通讀完全書才能對FPGA設(shè)計(jì)獲得一個(gè)整體的認(rèn)識。這樣的書籍，作為工程培訓(xùn)指導(dǎo)書不行，可以作為某一個(gè)方面進(jìn)階的參考書。如何使用現(xiàn)有的書籍進(jìn)行自學(xué)，這是后話。

對于新入職的員工來說，他們往往對FPGA的整體設(shè)計(jì)流程有了初步認(rèn)識，5項(xiàng)基本功的某幾個(gè)方面可能很扎實(shí)。但是由于某個(gè)或某幾個(gè)方面能力的欠缺，限制了他們獨(dú)自完成整個(gè)設(shè)計(jì)流程的能力。入職培訓(xùn)的目的就是幫助他們掌握整體設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)自我獲取信息的能力，通過幾個(gè)設(shè)計(jì)流程來回的訓(xùn)練，形成自我促進(jìn)、自我發(fā)展的良性循環(huán)。在這一過程中，隨著對工作涉及的知識的廣度和深度的認(rèn)識逐步清晰，新員工的自信心也會(huì)逐步增強(qiáng)，對個(gè)人的發(fā)展方向也會(huì)逐步明確，才能積極主動(dòng)地參與到工程項(xiàng)目中來。