FPGA学习笔记(1)——FPGA基本概念及资源整理

目录

零.前言

一.FPGA

二.FPGA+AI

三.HDL

四.XILINX

五.学习资源

六.硬件命名规则

七.vivado使用介绍

[八.FPGA Arm-Cortex-M1软核配置](about:blank#%E5%85%AB.FPGA%20Arm-
Cortex-M1%E8%BD%AF%E6%A0%B8%E9%85%8D%E7%BD%AE)

九.xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC

十.学习实践汇总

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零.前言

作者的“FPGA学习笔记”系列将采用野火 XILINX-Artix7-FPGA 升腾开发板作为学习平台进行学习，总结学习过程中的收获。

学习实践汇总

​​​​​​verilog语法——FPGA学习笔记＜1＞https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132308209?spm=1001.2014.3001.5502

基础设计一——FPGA学习笔记＜2＞xilinx FPGA
verilog工程设计流程https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132314807?spm=1001.2014.3001.5502

基础设计二（IP核）——FPGA学习笔记＜3＞xilinx fpga
基础设计学习笔记，学习资料来自野火https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132779996?spm=1001.2014.3001.5502

基础设计三（RS232、I2C）——FPGA学习笔记＜4＞参考书目：《野火FPGA Verilog
开发实战指南》https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132818565?spm=1001.2014.3001.5502

基础设计四（信号采集、发生）——FPGA学习笔记＜5＞频率测量法：在时间 t 内对被测时钟信号的时钟周期 N
进行计数，然后求出单位时间内的时钟周期数，即为被测时钟信号的时钟频率。周期测量法：先测量出被测时钟信号的时钟周期 T，然后根据频率 f = 1／T
求出被测时钟信号的频率。但是上述两种方法都会产生±1
个被测时钟周期的误差，在实际应用中有一定的局限性；而且根据两种方式的测量原理，很容易发现频率测量法适合于测量高频时钟信号，而周期测量法适合于低频时钟信号的测量，但二者都不能兼顾高低频率同样精度的测量要求。https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132993678?spm=1001.2014.3001.5502

基础设计五（LCD液晶屏）——FPGA学习笔记＜6＞液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，
但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶。如果给液晶施加电场，会
改变它的分子排列，从而改变光线的传播方向，配合偏振光片，它就具有控制光线透过率
的作用，再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压大小，就能改变某一颜色透光量的多少。​。https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/133174030?spm=1001.2014.3001.5502

Zynq简介——FPGA学习笔记＜7＞Xilinx 公司的 FPGA 芯片主要分为两大类，FPGA 和 SoC（System on
Chip，片上处理系统），其中 FPGA 芯片只包含了可编程逻辑部分，而不包含处理器，如常见的 Spartan 系列、Artix 系列、Kintex 系列和
Virtex 系列。每一个系列又根据制造工艺和架构的不同，分为 6 系列（45nm）、7 系列（28nm）、UltraScale（20nm） 和
UltraScale+（16nm），以提供不同的性能和功耗比。https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/133233092?spm=1001.2014.3001.5502

一.FPGA

1.FPGA——可编程逻辑器件，大家都知道。大家可能之前还做过电子线路实验，用过Quartus II，但是当看到各种各样的型号比如Xilinx
Artix-7 XC7A35T、Altera Cyclone IV
EP4CE10时完全不知道这是什么，推荐看一下：FPGA最全科普总结

大家还会看到Soc这个词，实际上就像是以前学的mcu：MCU, SOC
区别

2.关键名词：

可编程逻辑器件(PLD,Programmable Logic Device)

可编程整列逻辑(PAL,Progarmmable Array Logic)

CPLD(Complex Progarmmable Logic Device)

FPGA(Field Programmable Gate Array)

FPGA配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多块FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其进行编程

详细硬件介绍：参考图书或

从零开始系统学FPGA

二.FPGA+AI

用FPGA来干什么？方向FPGA+AI：Xilinx助力FPGA+AI时代

两大FPGA公司的“AI技术路线

FPGA在AI领域的优势：FPGA图像处理的前景如何？

三.HDL

1.FPGA使用硬件描述语言，可参考：《Verilog》·第2章·硬件描述语言基础

可能会用到的知识：基于Verilog的图像处理实现

2.VHDL(VHSIC[Very-High-Speed Integrated Circuit] hardware Description
Language)

VHDL支持多层次抽象描述： 行为层次（Behavioral）关注模块功能描述和仿真验证；寄存器传输层次（RTL，Register Transfer
Level）关注模块的可综合电路的实现；逻辑门层次（Logic）考虑如何用门级电路实现给定功能；布图层次（Lay
Out）考虑如何将电路适配到FPGA的资源中。

VHDL基本设计单元：实体（Entity）、构造体（Architecture）、配置（Configuration）；包集合（Package）；库（Library）

3.Verilog HDL

四.XILINX

xilinx公司的产品系列：FPGA 和 3D IC
(xilinx.com)

文档搜索库：Homepage • AMD Adaptive Computing Documentation Portal
(xilinx.com)

Artix-7官方文档：[搜索结果 • AMD 自适应计算文档门户
(xilinx.com)](https://docs.xilinx.com/search/all?filters=Product_custom~%2522Boards+and+Kits%257CVirtex+7%2522&content-
lang=en-US “搜索结果 • AMD 自适应计算文档门户 (xilinx.com)“)

设计软件平台：

xilinx开发工具有哪些：Vitis AI 系列视频
QA&目录（待续）

Vitis-AI：[Vitis AI (xilinx.com)](https://china.xilinx.com/products/design-
tools/vitis/vitis-
ai.html#:~:text=Vitis%E2%84%A2%20AI%20%E5%BC%80%E5%8F%91%E7%8E%AF%E5%A2%83%E6%98%AF%20Xilinx%20%E7%9A%84%E5%BC%80%E5%8F%91%E5%B9%B3%E5%8F%B0%EF%BC%8C%E9%80%82%E7%94%A8%E4%BA%8E%E5%9C%A8%20Xilinx%20%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E5%B9%B3%E5%8F%B0%EF%BC%88%E5%8C%85%E6%8B%AC%E8%BE%B9%E7%BC%98%E5%99%A8%E4%BB%B6%E5%92%8C%20Alveo,Vitis%20AI%20%E4%BB%A5%E9%AB%98%E6%95%88%E6%98%93%E7%94%A8%E4%B8%BA%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E7%90%86%E5%BF%B5%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E5%9C%A8%20Xilinx%20FPGA%20%E5%92%8C%20ACAP%20%E4%B8%8A%E5%85%85%E5%88%86%E5%8F%91%E6%8C%A5%E4%BA%BA%E5%B7%A5%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%8A%A0%E9%80%9F%E7%9A%84%E6%BD%9C%E5%8A%9B%E3%80%82.
“Vitis AI (xilinx.com)“)

Vitis-AI官方支持：Vitis AI 快速上手
(xilinx.com)

视频：[Vitis AI 全流程讲解
(xilinx.com)](https://china.xilinx.com/video/events/cns-D1-03-Vitis-AI-Start-
to-finish_FanZhang_region.html “Vitis AI 全流程讲解 (xilinx.com)“)

Vitis下载：下载
(xilinx.com)

注：Vitis是为无FPGA设计经验的人设计的软件开发平台；Vitis-AI是面向算法开发者进行深度学习开发的高级加速库和设计工具；频繁出现的DPU：科普 | 什么是DPU？

Model Zoo：使用公共数据集训练良好的Caffe、pytorch、TensorFlow框架模型

处理流程：

相关问题对话ChatGPT：https://chat.openai.com/share/2206fea6-39c7-4ec7-9567-d5d14513250f

xilinx社区：电子创新网赛灵思社区 | 电子创新网 (eetrend.com)

xilinx技术支持社区：主页 (xilinx.com)

五.学习资源

1.竞赛平台提供

FPGA创新大赛：培训视频_全国大学生fpga创新设计竞赛官网

龙芯杯：[LoongsonEdu/nscscc-wiki (gitee.com)](https://gitee.com/loongson-
edu/nscscc-wiki “LoongsonEdu/nscscc-wiki (gitee.com)“)

英特尔杯：[英特尔杯在线培训中心](https://www.xn--48sz67d.xn--
fiqs8s/p/t_pc/course_pc_detail/big_column/p_624f9a63e4b04e8d902ce9ce
“英特尔杯在线培训中心”)

2.野火资源

FPGA系列Xilinx
Artix7教学视频

野火产品资料下载中心

3.图书资源

《XILINX FPGA设计基础》《XILINX FPGA权威设计指南》《野火FPGAVerilog开发实战指南》

4.b站资源

推荐up主视频：

第0期 - 介绍与规划
-基于FPGA的数字信号处理系统开发笔记

Vitis/Vitis
AI开发笔记

ALINX Zynq MPSoC XILINX FPGA视频教程——Vitis
HLS开发

FPGA图像处理

5.正点原子资料

[MPSoC开发板 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档](http://www.openedv.com/docs/boards/fpga/zdyz-
MPSOC.html “MPSoC开发板 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档”)

六.硬件命名规则

芯片资源

七.vivado使用介绍

参考《xilinx fpga权威设计指南》

1.首先书目介绍了新一代UltraScale结构，介绍了其CLB，包含LUT、触发器、查找表什么的，以此构成多路复用器、进位逻辑、存储等基本结构。（粗略浅看未看完）

2.vivado以前的版本是个IDE，现在出现了GUI，前后者的关系类似Windows的shell和图形界面的关系。而在之前所使用的是 **XDC **语言，由标准约束语言 **Tcl **演变而来，二者相似。vivado工程目录下的 .Journal 文件和 .Log 文件则可以记录Tcl命令和执行反馈，据此可在工程调试中导出.Journal文件制成Tcl命令脚本，实现快速自动化处理。XDC时钟约束 | 电子创新网赛灵思社区

3.接下来介绍vivado集成开发界面：

打开主界面三栏：快速开始（包含打开/创建工程、打开示例工程
）、Task（IP核操作、硬件管理器【要连接板子，下载步骤时也要打开】、Tcl商店）、资料中心（文档、视频 、注释向导）

任意打开一个工程，主界面左侧FlowNavigator（流程向导） ，包含：工程管理器（添加原文件、IP目录）、IP
集成器（设计用户IP核）、仿真、RTL分析（RTL ANALYSIS【RTL
闪退解决】，生成网表图、硬件引脚连接，生成.XDC文件）、综合（SYNTHESIS）、实现（IMPLEMENTATION）、编程和调试（生成比特流、打开硬件管理器）

可参考：Vivado的RTL分析（RTL
analysis）、综合（synthesis）和实现（implementation）的区别？

源窗口Source ，用于管理工程源文件，Hierarchy（层次）将工程按层次分组展示，Compile
order可设置工程文件编译顺序，文件右键点击set as top可设置为顶层文件。

4.然后是高层次综合工具Vidado HLS

原理即将高级语言如c/c++转换成RTL级实现，还支持OpenCV函数

八.FPGA Arm-Cortex-M1软核配置

    打开vivado IP manager，搜索 arm 显示可使用的 arm 核——Arm-Cortex-M1，若未安装可点击链接下载。Arm 官网下载 IP 核需要提前一周注册，提供免费使用的 IP 核有 M1 和 M3。

九.xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC

[Zynq UltraScale+ MPSoC](https://china.xilinx.com/products/silicon-
devices/soc/zynq-ultrascale-mpsoc.html “Zynq UltraScale+ MPSoC”)

Xilinx/PYNQ: Python Productivity for ZYNQ
(github.com)

PYNQ - Python productivity for Zynq - Home

    Zynq UltraScale+ MPSoC 是赛灵思推出的首款真正全可编程（All Programmable）异构多核处理 SoC 芯片。包含 **PS（Processing System，处理器系统）** 和**PL（Programmable Logic，可编程逻辑）** 两部分。Zynq UltraScale+ MPSoC 整合了一个**双核或四核 Cortex-A53 处理器、双核 Arm Cortex-R5F 实时处理器和一个传统的现场可编程门阵列（FPGA）逻辑部件** ，该器件的可编程逻辑部分基于 Xilinx 16nm FinFET+工艺的 UltraScale+系列 FPGA。这款芯片采用台积电公司 (TSMC) 新一代 16nm FinFET 工艺制程，它包含一个可扩展的 32 位或 64 位多处理器 CPU、用于实时处理图形和视频的专用硬化引擎、先进的高速外设，以及可编程逻辑，可用于汽车驾驶员辅助与安全、无线和有线通信、数据中心以及连接与控制等多种应用领域。

    Zynq UltraScale+ MPSoC 系列产品分三种类型，分别是 **CG 型器件、EG 型器件和 EV 型器件** 。其中 CG 型器件集成了由双核 Arm Cortex-A53 和双核 Arm Cortex-R5F 组成的 64 位处理系统；EG 型器件集成 了四核 Arm Cortex-A53 和双核 Arm Cortex-R5F，除此之外 EG 型器件还集成了 Arm Mali-400 MP2 （GPU）用来专门进行图像处理操作；而 EV 型器件在 EG 型器件的基础上再次增加了 H.264/H.265 视频编解码器（VCU）用来专门进行视频处理操作，它可以支持 60 帧每秒(fps)的速率同时进 行 4Kx2K 的编码和解码(约 6 亿像素/秒)或 15 帧每秒 8Kx4K 的编码解码。

本文转自 https://blog.csdn.net/qq_32971095/article/details/132220627，如有侵权，请联系删除。