FPGA设计者的五项基本功

乔二

记得《佟林传》里，佟林练的基本功是“绕大树、解皮绳”，然后才练成了什么“鬼影随行、柳叶绵丝掌”。 在我看来，成为一名说得过去的FPGA设计者，需要练好5项基本功：仿真、综合、时序分析、调试、验证。 需要强调的一点是，以上基本功是针对FPGA设计者来说的，不是针对IC设计者的。对于IC设计，我不懂，所以不敢妄言. 对于FPGA设计者来说，练好这5项基本功，与用好相应的EDA工具是同一过程，对应关系如下：
1. 仿真：Modelsim, Quartus II(Simulator Tool)
2. 综合：Quartus II (Compiler Tool, RTL Viewer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
3. 时序：Quartus II (TimeQues t Timing Analyzer, Technology Map Viewer, Chip Planner)
4. 调试：Quartus II (SignalTap II Logic Analyzer, Virtual JTAG, Assignment Editor)
5. 验证：Modelsim, Quartus II(Test Bench Template Writer) 掌握HDL语言虽然不是FPGA设计的全部，但是HDL语言对FPGA设计的影响贯穿于整个
FPGA设计流程中，与FPGA设计的5项基本功是相辅相成的。 对于FPGA设计者来说，用好“HDL语言的可综合子集”可以完成FPGA设计50%的工作——设计编码。
练好仿真、综合、时序分析这3项基本功，对于学习“HDL语言的可综合子集”有如下帮助：
1. 通过仿真，可以观察HDL语言在FPGA中的逻辑行为。
2. 通过综合，可以观察HDL语言在FPGA中的物理实现形式。
3. 通过时序分析，可以分析HDL语言在FPGA中的物理实现特性。
对于FPGA设计者来说，用好“HDL语言的验证子集”，可以完成FPGA设计另外50%的工作——调试验证。
1. 搭建验证环境，通过仿真的手段可以检验FPGA设计的正确性。
2. 全面的仿真验证可以减少FPGA硬件调试的工作量。
3. 把硬件调试与仿真验证方法结合起来，用调试解决仿真未验证的问题，用仿真保证已经解决的问题不在调试中再现，可以建立一个回归验证流程，有助于FPGA设计项目的维护。 FPGA设计者的这5项基本功不是孤立的，必须结合使用，才能完成一个完整的FPGA设计流程。反过来说，通过完成一个完整的设计流程，才能最有效地练习这5项基本功。对这5项基本功有了初步认识，就可以逐个深入学习一些，然后把学到的知识再次用于完整的设计流程。如此反复，就可以逐步提高设计水平。采用这样的循序渐进、螺旋式上升的方法，只要通过培训入了门，就可以自学自练，自我提高。 市面上出售的有关FPGA设计的书籍为了保证结构的完整性，对FPGA设计的每一个方面分开介绍，每一方面虽然深入，但是由于缺少其他相关方面的支持，读者很难付诸实践，只有通读完全书才能对FPGA设计获得一个整体的认识。这样的书籍，作为工程培训指导书不行，可以作为某一个方面进阶的参考书。如何使用现有的书籍进行自学，这是后话。 对于新入职的员工来说，他们往往对FPGA的整体设计流程有了初步认识，5项基本功的某几个方面可能很扎实。但是由于某个或某几个方面能力的欠缺，限制了他们独自完成整个设计流程的能力。入职培训的目的就是帮助他们掌握整体设计流程，培养自我获取信息的能力，通过几个设计流程来回的训练，形成自我促进、自我发展的良性循环。在这一过程中，随着对工作涉及的知识的广度和深度的认识逐步清晰，新员工的自信心也会逐步增强，对个人的发展方向也会逐步明确，才能积极主动地参与到工程项目中来。