红芯电子陆续推出了4块FPGA开发板，在不断的改进和加强功能的同时，也在根据顾客的反馈做一些修正。很多人反应例程不容易看得懂，并且对其中的一些技巧无法理解。于是我们决定写一个文章，来指导大家如何学习面向FPGA的逻辑设计，从专业的角度来分析如何去实现电路。我们也会加入我们的例程的详细分析，同时也会分析一些顾客发过来让我帮忙Debug的Code，指出其中的错误，让大家可以引以为鉴。我们会陆续推出，如有任何的问题，大家可以和我一起讨论和交流。

该如何学习面向FPGA的逻辑设计？

学习面向FPGA的逻辑设计是一个因人而异的过程，因为基础，目标的不一样，学习的方法和过程都会有很大的差异，但是我们仍然可以总结出其中的规律。从而总结出一个大致相同的过程：

1、 学习语法。

a)       语法是相对简单的，找一本语法的书，认真的学习一下Design和Verify的语法，任何一个基础再差的人，学习一个星期也绰绰有余。

b)       怎么样才能叫语法学好了呢？如果你看见红芯电子的例程，不会有语法上的问题，就可以了，不需要钻牛角尖，设计当中，主要的语法如always块，assign，case明白就可以了，当然，验证要求的语法要多一些。这些可以通过后面设计当中慢慢强化。

2、  学习简单的电路描述。

a)       在学习语法的同时，你肯定会尝试着去写一些简单的电路，这个时候肯定是模仿居多，比如说控制LED灯的闪烁，数码管的控制等简单电路。

b)       这个阶段，我建议大家写一些基本的Code并明白他会综合成怎么样一个电路。比如说case语句生成怎样一个电路，和 if else 生成的电路会有怎么样的区别。

3、 学习简单的TestBench。

a)       Testbench是测试的激励文件，毕竟你写的Code肯定需要Debug，最好的办法就是仿真，用Modelsim，Active-HDL，NCverilog等工具。

b)       这个阶段你只要能写一些简单Testbench就可以了，让你能看见波形，通过波形来debug。具体可以参考红芯电子例程里面的XXX_tb.v的文件。

4、  学习各种接口设计。

a)       在语法，简单电路，Testbench都没有问题之后，就可以开始学习一些常见接口的设计了，比如UART，SPI，I2C，1-wire等，对应的器件和接口有串口，SPI Flash，串行AD/DA，EEPROM，DS18B20，IR，PS2，DS1302Z等

b)       我相信，这个时候，作为初学者，其实还是模仿居多，我并不反对。但是一定要注意，一个一个来，每学习一个，需要仔细的去分析相应器件的Datasheet，然后参考别人设计的实现方式，特别是细节。然后自己尝试着写，看能否实现功能，最后要自己换一个同类型的接口，在不参考其他人的情况下，能否实现。不能实现就需要继续分析原因，能实现就可以学习下一个类型的接口。

c)       常见的接口很多，特殊的接口更多，是没有办法一个一个学完的，作为初学者，需要做到就是学习一个掌握一类，如果你能仅参考Datasheet(在工程中，很多时候我们确实只有Datasheet)完成相应的接口设计的时候，你就已经成长了。

d)       在红芯电子提供的例程中，所有以*_CTL.v的module就是接口层，可以参考一下。

5、  学习模块划分技巧。

a)       在各种基本的借口设计都已经完成以后，这个时候你就可以尝试着写一些更为复杂的电路来实现一些功能呢?比如说做一个“数码管+RTC”来实现时钟的功能，能否配合按键使之可以配置时钟，能否加上闹钟的功能,能否加上计时器的功能？能否将数码管换成LCD？如果这些都实现了，你会发现这就是一个电子表。

b)       这个时候你就要学习模块划分了，毕竟一个再简单的系统，也是分许许多多的模块的，为了有更清晰的思路，为了更好的维护，我们需要将整个设计划分开，分成更加小的模块，然后一个一个实现并测试，总后再来一个综合测试。

c)       这个部分以后我们还会有专门章节来详细阐述。

6、  学习构建自动化测试环境。

a)       在做一些小东西的时候，特别是分层设计以后，你肯定会觉得简单的testbench不够用了，每一个module都要单独写Testbench，为了测试不同情况下就需要写很多的Testbench，这个时候肯定是很麻烦的，这个时候就需要构建一个自动化的测试环境。

b)       在Linux下用Makefile可以很简单的构建，但是就目前大家的开发环境全部是在Windows下，也可以构建，用Modelsim的do文件也可以构建。

c)       因为篇幅的关系，这个部分以后我们还会有专门章节来详细阐述。

7、 学习常见Device Control 设计和验证。

a)       这个时候，一些小系统可以轻松完成的时候，就会发现，小的东西可以轻易的做出来，但是复杂的东西就比较困难。这时你就需要学习一些较大的控制电路的设计，比如SDRAM control，LCD control（裸屏）。

b)       这些Controller都有一个共同的特点，就是要求高速。要知道，高速电路是比较考验技术的。特别是IO速度超过100M以后，就会需要综合考虑器件选型和电路优化了。

c)       这类controller里面，基本上都是用寄存器来控制，就是与外部用总线相连。外部总线配置controller里面的寄存器，从而修改controller里面的配置，并且接收外部总线的数据来实现功能，要学习并习惯这种控制方式。

d)       这个时候我建议不要轻易的模仿别人的电路，原因很简单，简单的电路和基本的技巧都已经没有问题了。剩下的就是模块的划分和模块内部的组合以及电路的优化。这个东西就靠自己的理解，每个人的情况和出发点都不一样，模仿已经没有意义了，而且，独立跨过这道坎，在非专业的设计里面，你已经是一个小高手了。

8、  学习划分系统模块，分配任务。

a)       在FPGA常见的嵌入式系统里面，一般都是ARM+FPGA的结构，这个时候需要你根据对FPGA与ARM的理解来分配任务，有些任务适合FPGA来做，有些任务适合ARM来做，这个阶段应该是能够从需求里面分析出ARM FPGA各自擅长和承担的任务。

b)       一般来说FPGA都是做为一个协处理模块，负责高速IO，高精度时序控制，并行多路计算，或者是复杂算法的实现，比如FFT。

c)       从系统的层面分析问题的能力，很难通过学习来得到，必须要经过一个又一个得项目来实现。