FPGA作為一種高新的技術，已經逐漸普及到了各行各業，無論是消費類、通信類、電子行業都無處不在它的身影，從1985年第一顆FPGA誕生至 今，FPGA已經歷了將近20多個年頭，從當初的幾百個門電路到現在的幾百萬門、幾千萬門……，從原來的上千元的天價到現在幾元的超低價，可謂是出現了翻 天覆地的變化。所以當前正是學習FPGA的最好時機，無論是社會的需求也好，還是技術的成熟度也好，已經達到了前所未有的高度，我們可以花更少的成本，并 以最快的速度掌握一種新的前沿技術，對我們的未來發展將會是非常大的幫助。

作為一個FPGA的初學者必須要了解以下幾個問題：什么是FPGA？為什么要學習FPGA？如何去學FPGA？?

1.1?什么是FPGA？
?????FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA誕生于1985年，當時第一個FPGA采用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85000個晶體管，門數量不超過1000個，由名為Ross Freema所發明，當時他所創造的FPGA被認為是一個不切實際發明，他的同事Bill Carter曾說：“這種理念需要很多晶體管，并且那時晶體管是非常珍貴的東西。”，所以人們認為Ross的想法過于脫離現實。但是Ross預計：根據摩 爾定律（每18個月晶體管密度翻一翻），晶體管肯定會越來越便宜，因此它就越來越常見。在短短的幾年內，正如Ross所預言的，出現了數十億美元的現場可 編程門陣列（FPGA）市場。但是可惜的是，他無法享受這一派欣欣向榮的景象，在19***Ross Freeman就與世長辭了，但是它的發明卻持續不斷地促進電子行業的進步與發展。

我們都知道構成數字邏輯系統最基本的單元是與門、或門、非門等，而他們都是用三極管、二極管和電阻等元件構成，然后與門、或門、非門又構成了各種觸發器， 實現狀態記憶，FPGA屬于數字邏輯電路的一種，同樣由這些最基本的元件構成。一個FPGA可以將上億個門電路組合在一起，集成在一個芯片內，打破以往需 要用龐大分立門電路元器件搭建的歷史，不僅電路面積、成本大大減小，而且可靠性得到了大幅度的提升。

一般的FPGA內部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網絡、輸入輸出模塊以及片內外設組成，所謂的最小物理邏輯單元是指用戶無法修改的、固定的最小的單 元，我們只能將這些單元通過互聯線將其連接起來，然后實現用戶特定的功能。一個LE由觸發器、LUT以及控制邏輯組成，可以實現組合邏輯和時序邏輯；隨著 FPGA集成度的不斷增加，其內部的片內外設也越來越多，內部可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外設，真正實現單芯片解決整個系統功能的目的。 所以我們所理解的FPGA最底層是一些實實在在的門電路構成，然后由門電路構成最小的物理邏輯單元，然后通過布線層將這些最小物理邏輯單元連接成用戶需要 的特定功能，我們所需要控制的是布線層之間的互連開關，這也是我們編程的對象，通過這些開關來改變功能。

當今的FGPA按工藝分主要有SRAM工藝和Flash工藝（工藝是針對它們的編程開關來說的）兩類，SRAM工藝的FPGA最大的特點是掉電數據會丟 失，無法保存，所以它們的系統除了一個FPGA以外，外部還需要增加一個配置芯片用于保存編程數據，每次上電的時候都需要從這個配置芯片將配置數據流加載 到FPGA，然后才能正常的運行；但是Flash架構的FPGA掉電不會丟失數據，無需配置芯片，上電即可運行，它的特點非常類似ASIC，但是又比 ASIC更加的靈活，可以重復編程。在一些小規模的公司或者產品量不是很大的時候往往更傾向于用FPGA來取代ASIC，不僅能夠降低風險，而且能夠降低 成本。

1.2??為什么要學習FPGA？

FPGA從誕生以來，經歷了從配角到主角的過程，從初期開發應用到限量生產應用再到大批量生產應用的發展歷程。從技術上來說，最初只是邏輯器件，現在強調 平臺概念，加入數字信號處理、嵌入式處理、高速串行和其他高端技術，從而被應用到更多的領域，正因為其飛速的發展，讓更多學FPGA的人看到了希望，其廣 闊的前景正是我們選擇的原因之一。

?1．?廣闊的發展前景

據市場調研公司Gartner Dataquest預測，2010年FPGA和其它可編程邏輯器件(PLD)市場將從2005年的32億美元增長到67億美元，未來還將有不斷往上增長的 趨勢。FPGA及PLD產業發展的最大機遇是替代ASIC和專用標準產品(ASSP)，由ASIC和ASSP構成的數字邏輯市場規模大約為350億美元。 由于用戶可以迅速對PLD進行編程，按照需求實現特殊功能，與ASIC和ASSP相比，PLD在靈活性、開發成本以及產品及時面市方面更具優勢，所以未來 FPGA將會是一個非常有前景的行業。

FPGA由于其結構的特殊性，可以重復編程，開發周期較短，越來越受人們的青睞，它的特點也更接近ASIC，ASIC比FPGA最大的優勢是低成本，但是 FPGA的價格現在也是越來越低，例如：Actel的Nano系列更是打破了FPGA的價格屏障，提供超過50種低于1美金的FPGA，在一定程度上已經 可以與ASIC相抗衡。

根據當前發展的趨勢，未來的FPGA勢必將會取代一部分ASIC的市場，雖然根據摩爾定律(Moore’s Law)：每18至24個月能在相同的單位面積內多擠入一倍的晶體管數，這意味著電路成本每18至24個月就可以減半，但這只是指裸晶(Die)的成本， 并不表示整個芯片的成本減半，這是由于晶圓制造更前端的掩膜(Mask)成本、晶圓制造更后端的封裝(也稱為：構裝、包裝)成本、人力成本等都不會隨摩爾 定律而變化，反而芯片的成本有上升的趨勢，所以過去許多中、小用量的芯片無法用先進的工藝來生產，對此不是持續使用舊工藝來生產，就是必須改用FPGA芯 片來生產……

因此，未來的趨勢告訴我們，FPGA將成為21世紀最重要的高科技產業之一，特別是國內的FPGA市場，更是一個“未開墾的**地”，抓住現在的機遇意味著為我們將來的產品提供更多的競爭力。

2．?提供更多就業機會
????雖然FPGA市場的廣闊，但是FPGA的技術人員是極度地缺乏，其原因是還未得到高校的重視，很多學校都未開FPGA的課程，導致學生畢業后連什么是 FPGA，什么是Verilog都不知道，失去了很多就業的機會。我們公司(廣州單片機發展有限公司)這三年來跑遍了全國22個城市，每次宣講會場里場外 都站滿了人，每個學生都渴望尋找一份好工作的心情由此可見一斑，但通過考試發現懂FPGA和Verilog的學生卻寥寥無幾，盡管我們每年都對招聘 FPGA人才寄予了很大的希望，但每次都失望而歸，深深地體會到招聘FPGA開發工程師困難重重。

由此可見在應屆畢業生中熟練掌握FPGA的學生屬于稀缺資源，然而企業為培養FPGA開發工程師無不付出沉重的代價，所以對于在校電類專業的學生來說，這 就是打造個人差異化競爭力的機會，事實上只要掌握FPGA就能夠找到一份薪水更好的工作。我們公司每次在考核員工時往往都會特別關注這些“特殊員工”的情 況，一般來說這些員工的工作都會比其它崗位高500元，這就是學習FPGA的優勢，但是很多人不曾完全意識到掌握FPGA技術的重要性。

當前受金融危機的影響，對學生的就業更是巨大的考驗，據教育部的統計，2008年，全國普通高校畢業生達559萬人，比2007年增加64萬人，2009 年高校畢業生規模達到611萬人，比2008年增加52萬人，如此多的大學生面臨著就業的問題，如果不具備一定的技能，將會淹沒在大學生的潮流之中而找不 到理想的工作，而學習FPGA可以幫助學生多一技之長，大大提高就業的機會。

3．具有更大的技術擴展空間
?????我們都知道，以前IC半導體產業一直是國內比較薄弱的產業，與國外的發展步伐相比還差甚遠，我們所用的IC大部分都來自歐美地區，國內擁有自主產品的IC 技術不多，多半需要引進國外先進的IC設計技術，但是自2000年以來，中國大陸的IC設計企業如雨后春筍般迅速涌現，企業數量5年增加了4倍 多，2005年已經達到500多家，銷售收入過億元人民幣的設計企業達到17家，其中兩家超過5億元。概括地講，中國的IC設計公司可以分為四類，第一類 是國有IC設計公司，一般是承擔政府研發任務的研究所轉制后設立；第二類是由系統廠商的設計部門獨立出來的IC設計公司；第三類是民營IC設計公司，以海 歸型為主；最后一類是外資IC設計公司。

所以IC設計也是未來發展的一個重點方向，將會是國家大力扶持的產業之一，而IC的設計人員所必須掌握的是FPGA的技術，在芯片流片之前都是通過 FPGA來進行前期的設計驗證，用的語言也是FPGA的設計語言，只是在后端的設計中才用到IC設計的特定技術，所以IC設計人員必定是懂得FPGA設計 的人，掌握FPGA的技術是通往IC設計殿堂的必經之路，學習FPGA有助于給我們更大的技術擴展空間。

1.3?怎樣學FPGA？
????既然FPGA對我們如此的重要，那對于初學者的我們又應該如何去學呢？學習一樣知識應該有好的老師教導，我們才能更快的掌握，可惜的是大部分的學校未開相 關的課程，也缺少相關專業的老師，我們如何能夠找到一個捷徑或方法幫助我們學會這么極具競爭力的技術，讓我們通向成功的殿堂呢？筆者覺得應該需要有步驟， 有目的、循序漸進地掌握相關的技術，我們公司從原來的1人的FPGA團隊，發展到如今30人左右的FPGA團隊，有著一些成長的經歷和經驗，也希望在此能 與大家一起分享。

1．?掌握FPGA編程語言
????在學習一門技術之前我們往往從它的編程語言開始，就如學習單片機一樣，我們從C語言開始，掌握了C語言，開發單片機就不是什么難事了。學習FPGA也是如 此，FPGA的編程語言有兩種：VHDL和Verilog，這兩種都適合用于FPGA的編程，VHDL比Veirlog早出現，由美國的軍方組織開發，在 1987年成為了IEEE的標準；Verilog則是由民間一家普通的公司私有財產轉化而來，基于其優越性，在1995成為了IEEE標準。VHDL在歐 地區應用的較為廣泛，而Verilog在中國、美國、日本、臺灣等地應用較為廣泛，筆者比較推崇的是Verilog，因為它非常易于學習，很類似于C語 言，如果具有C語言基礎的人，只需要花很少的時間便能掌握Verilog，而VHDL較為抽象，學習需要一段較長的時間。

如果是學生，學習Verilog最好的時期是在大學二年級，與數字電路同步學習，不僅能夠理解數字電路實現的方式，更能通過FPGA將數字電路得以實現， 筆者發現華中科技大學康華光教授主編的《電子技術基礎（數字部分）》非常好，可以說是一本與時俱進的教材，在其中介紹了Verilog語言，并且在每一章 的最后一節都介紹了如何使用Verilog建模實現相關數字電路的內容，非常適合大二學習FPGA的學生，本書同樣以《電子技術基礎（數字部分）》為背 景，并與該書進行配套同步，在它的基礎上進行了升華和改進，源于它而又高于它，所以也可以同步學習。大三、大四的學生還可以進一步將Verilog進行強 化，學習北京航天航空大學的夏宇聞教授編寫的《Verilog數字系統設計教程（第二版）》可以比較全面地、詳細地掌握Verilog的基本語法，對大二 學習的內容進一步的鞏固和強化。

如果是其他初學者，可以直接借助《Verilog數字系統設計教程（第二版）》和本書即能對Verilog的語法進行全面的掌握。這是學習FPGA的第一步，也是必不可少的一步。

2．?一個易學易用的硬件平臺是成功的一半
?????除了學習編程語言以外，更重要的是實踐，將自己設計的程序能夠在真正的FPGA里運行起來，這時我們需要一個硬件平臺的支持，然后以前的FPGA硬件平臺 的價格讓很多的初學者望而卻步，上千元的價格并不是一般的初學者（特別是學生）能夠承受的，而且不易學習。針對這樣的現狀，也是為了回饋社會，幫助更多想 學FPGA又沒有經濟能力的愛好者，廣州周立功單片機發展有限公司開發了一套低成本的FPGA開發套件，售價僅99元，即使是學生也是完全能夠承受得起， 這款開發套件可以說是根本不賺錢，我們不僅要提供硬件電路，我們還得配套提供一系列教程資料。

過去的一年來，我們一共投入了4位開發工程師圍繞EasyFPGA030開展工作，翻譯全部開發工具軟件技術資料，先自己吃透然后再根據自己的理解、實踐 和多次討論，將技術資料通俗化，并且錄制了第一個“Actel FPGA快速入門視頻教程”供初學者免費下載，便于初學者快速入門，當第一版做出來銷售1000套之后，才發現初學者的焊接經驗不足，于是又開始設計第二 版，這就是目前大家在網站上見到的一體化EasyFPGA030開發學習板。為了能夠帶給大家最準備、最權威的知識，我們還請了國內第一個EDA創始人之 一的夏宇聞教授給我們進行Veirlog的培訓，培訓完后我們制作一系列Veirlog視頻教程和PPT供初學者學習，同樣免費提供給大家。同時，我們和 夏老師一起共同合作編寫了本書，目的是希望能夠以最快的速度幫助初學者入門，另外我們還有一個30人的團隊全面的提供FPGA的技術支持和售后服務，解決 用戶的后顧之憂。

所以通過EasyFPGA030的平臺學習，不僅節約了前期學習的成本，而且該套件詳實的資料使得非常的易用易學，對于初學者來說是一個不可多得的FPGA開發平臺。

3．?技術進行鞏固和升華
????對于初學者來說，有了一定基礎后，應該將其繼續的鞏固和升華，筆者認為競賽是學生進行驗證所學知識很好的舞臺，不僅能夠鍛煉學生的動手能力，而且能夠發揮學生的創造力和想象力。

廣州周立功公司已經成功舉辦了兩屆“Actel杯全國大學生FPGA電子競賽”，參加的隊伍分別是100隊和300隊，每支隊伍都將免費獲得價值1480 元的一套FPGA開發套件作為競賽的平臺，競賽完后該套件無需退回，而且設置了最高5000元的獎金，這種舉措對公司來說只有投入，很難看到產出，但是我 們還堅持做了，主要是想給學生提供施展才華的舞臺，讓更多的人了解FPGA，學會FPGA，2009年我們又將啟動了第三屆競賽，將隊伍擴大到1000 支，給更多的人提供機會，我們的目標就是要將創新教育實踐活動進行到底，培養出一批又一批適合企業發展的人才。

1.4??小結
?????綜上所述，我們只有了解了什么是FPGA，為什么要學習FPGA，怎么學習FPGA后，我們才能非常有目的、有計劃的去掌握這門技術，我相信通過我們的共同努力，一定能夠培養出一批又一批優秀的FPGA人員。

參考原文：http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3009771.HTM?click_from=8800023988,9950310837,2014-10-13,EDNCOL,NEWSLETTER ??劉銀華

總結

以上是生活随笔為你收集整理的作为初学者应该如何来学习FPGA的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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