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从零开始大战FPGA

引子：

本课程为“从零开始大战FPGA”系列课程的基础篇。课程通俗易懂、逻辑性强、示例丰富，课程中尤其强调在设计过程中对“时序”和“逻辑”的把控，以及硬件描述语言与硬件电路相对应的“硬件思维”。本课程所使用硬件编程语言为Verilog，示例分别在Xilinx和Intel(Altera)开发板，基于ISE、Vivado和Quartus II软件进行演示。

通过本课程学习，可以让初学者透过表面看到FPGA设计技术的实质，快速进入FPGA设计领域，为掌握FPGA高级设计技术打下基础，发展个人兴趣，实现个人理想，助创新创业一臂之力。

主讲人：姜佩贺，哈尔滨工业大学博士，烟台大学讲师，曾就职于某机器人行业顶尖企业。多年来一直从事FPGA开发及相关工作，具有丰富的FPGA实践和授课经验。

参与学习

课程简介：

近年来，FPGA技术发展迅速，其高度的灵活性，使其在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等领域得到越来越广泛的应用，已俨然成为数字系统的核心。特别是在当前人工智能、大数据、云计算火爆的背景下，FPGA迎来了又一个春天。

电子工程师精通FPGA已是对电子工程师的最基本要求。同时，FPGA工程师也是IC设计公司迫切需要的人才。业内人士认为，目前FPGA/IC设计行业至少有20-30万的人才缺口，而且还在持续增加。这主要有两方面的原因：一是目前高校的专业设置很少涉及FPGA和IC设计的课程，即使有也是偏重于理论，因此企业很难招聘到实战型人才；二是FPGA和IC设计需要硬件环境和大量的实践来积累经验。如果没有适当的指导，需要走很多弯路。

本课程是一线高校教师和资深工程师的经验总结，包含从入门到精通的各个知识体系，囊括“基础篇、语法篇、实践篇、工具篇、提高篇”等内容。课程尤其强调在设计过程中对“时序”和“逻辑”的把控，以及硬件描述语言与硬件电路对应的“硬件思维”。

本课程所使用硬件编程语言为Verilog语言，在课程中，示例分别基于ISE、Vivado和Quartus II软件，分别在Xilinx和Altera开发板进行演示，其中开发板为自行设计。由于Verilog语言的通用性，所将讲授内容及所有示例也适用于其他FPGA硬件平台。

通过本课程学习，可以让初学者透过表面看到FPGA设计技术的实质，快速进入FPGA设计领域，为掌握FPGA高级设计技术打下基础。此外，在“大众创业、万众创新”的背景下，希望本课程的推出，能够帮助你发展个人兴趣，实现个人理想，助创新创业一臂之力。

适用对象：

期望涉足FPGA领域的初学者；

有一定基础但没有系统学习过FPGA的相关人员；

不同阶段的学习者可以有所选择听取不同阶段的课程。

课程目标：

本课程具有完整的知识体系，涵盖从入门到精通的各个知识环节。通过本课程的学习，能够帮助初学者透过表面看到FPGA设计技术的实质，更快速进入FPGA设计领域，达到初级工程师水平；能够帮助没有系统学习过FPGA知识的学习者，系统掌握FPGA知识，成为“正规军”；能够帮助有一定基础的工程师，进一步提高FPGA设计水平。

开发平台：

本课程所使用的演示平台为自行设计，包含两块核心板和一块扩展板，核心板分别基于Xilinx Spartan 6 LX9和Altera Cyclone IV系列FPGA，扩展板通用。由于Verilog语言的通用性，所将讲授内容及所有示例也适用于其他FPGA硬件平台。

课程内容：

基础篇：

本部分内容包含3讲，分别为“基础知识与课程介绍”、“数字电路基础知识”和“全局总览及简单实验”。在“基础知识与课程介绍”中，介绍了FPGA的基本概念、应用领域、开发流程、设计工具及课程介绍；在“数字电路基础知识”中，复习了数字电路的相关知识，讲授了组合逻辑电路、时序逻辑电路的特点，列举了常用的组合和时序逻辑电路，着重分析了数字系统的构成和波形图的绘制分析方法；在“全局总览及简单实验”，以3-8译码器为例子，演示了代码编写、modelsim仿真、综合下载的全过程，以方便学员从全局把控所学知识的架构。

语法篇：

本部分内容包含3讲，分别为“基础知识与课程介绍”、“数字电路基础知识”和“全局总览及简单实验”。在“基础知识与课程介绍”中，介绍了FPGA的基本概念、应用领域、开发流程、设计工具及课程介绍；在“数字电路基础知识”中，复习了数字电路的相关知识，讲授了组合逻辑电路、时序逻辑电路的特点，列举了常用的组合和时序逻辑电路，着重分析了数字系统的构成和波形图的绘制分析方法；在“全局总览及简单实验”，以3-8译码器为例子，演示了代码编写、modelsim仿真、综合下载的全过程，以方便学员从全局把控所学知识的架构。

工具篇：

本部分将介绍gvim的使用，modelsim的命令行仿真，debussy的波形查看，QuartusII中的SignalTap II、ISE中的ChipScope等工具的使用。

实践篇：

本部分将对开发板上所有的外设进行驱动。在实践中，以专题的形式讲授有限状态机、IP核的调用、FPGA内部构成等知识。

提高篇：

本部分将针对跨时钟域问题、FPGA设计原则与操作技巧、速度优化、面积优化、时序分析等知识进行讲解，并且选取相关高阶实验进行设计和演示。