时间：2025-03-22 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
一、为什么要换个姿势学FPGA？
大家好，我是杜勇，一名资深FPGA数字信号处理算法工程师，一名高校教师，也是一名UP主，业余时间喜欢看球赛、看电影、听音乐、看书、慢跑，感觉快乐的生活状态是一边看球赛、一边喝茶、一边等待FPGA程序的运行结果。
在经过多年的FPGA工程项目设计之后，感慨于当初学习相关技术时找不到可用参考资料（主要是工程实现方面的可用资料缺乏）的无助，抱着减少后来者踩坑迷茫的微小愿望，又机缘巧合，刚好有一段较长的相对空闲的时间，于是开始编写《数字滤波器的与FPGA实现》等数字信号处理的系列图书。蓦然回一下首，已是11年前，2012年。后来陆续出版通信同步、调制解调、锁相环技术、数字信号处理设计等FPGA设计与实现的图书。
很幸运，二十余年来一直在从事FPGA设计相关的工作，亲身感受到FPGA技术的发展已成汪洋之势。
但是，很多人说，入门难！
目前很多高校从本科开始开设FPGA课程，并且越来越多的学校开始将传统的《数字电路技术》课程与FPGA技术课程融合起来讲解。FPGA技术入门难，但其发展趋势已不可逆转，一些课堂在认真细致的讲解繁杂的 HDL语法时，且因语法与C语言长得相似，而宽慰学生那颗对硬件描述语言的畏难之心。
数字电路技术中组合逻辑简单直接，很容易上手，但令学生头疼的是随之而来的时序逻辑设计，尤其是状态方程的分析理解。解方程？这与数学问题好相似！然而，更难的还在后面，要用不太熟悉的状态机描述不太熟悉的时序逻辑电路。老师，这种功能的电路要分成几个状态呢？如何画状态转移图呢？学生在经历了短暂愉快的组合逻辑电路设计之后，很快就遭遇到时序逻辑设计的无情阻碍。
再用 HDL语言，按照已训练成熟的C语言思维描述硬件电路，再次经历学习的迷茫。请问“＝”和“<=”到底有什么区别？为什么叫阻塞赋值？为什么叫非阻塞赋值？什么叫立即执行，什么叫顺序执行？“＝”和“<=”什么时候相同，什么时候不同？为什么C语言可以这样写， HDL就不行？
或许，我们可以换个思路学FPGA！
需要理解 HDL的本质是并行语言，C语言是顺序语言，他们俩除长得像以外，也就仅仅是长得像而已！理解了D触发器的时序波形，再用并行语言的思维去理解“＝”和“<=”，就一切清晰明了，豁然开朗。
所谓时序，就是时间的先后关系，在时钟的驱动下计数，就可以生成各种与时间相关的信号。设计时序逻辑，本质是设计计数器而已。计数器，谁还掌握不了呢？
或许，我们可以换个姿势学FPGA！
暂时放下状态机的概念、放下对顺序语言思维的执着，按照数字电路的工作方法，从D触发器、计数器入手，详细阐述并行语言的精髓，打通硬件描述语言的学习关卡，跨入FPGA技术的大门。
《零基础学FPGA设计——理解硬件编程思想》是我于2023年4月由电子工业出版社出版的图书，专为FPGA初学者编著，希望能够帮助大家快速跨入FPGA技术的门槛。
二、为什么要用国产FPGA？
近年来，国际国内的芯片产业正经历大的变革时期。AMD和Intel两家的FPGA仍然占据全球FPGA的绝大部分市场，但你经历过买不到芯片的困境吗？或者经历过设计好的开发板，在要量产时，供货商的价格傲娇到高攀不起的情况？
更重要的是，或许正是由于米国的一顿凶猛操作，国产芯片的崛起已是大势所趋，不可阻挡。作为一名长期从事FPGA设计的从业者，明显体会到近年来采用国产FPGA开发的项目越发呈快速增长之势。
又是机缘巧合，刚好，有机会和高云FPGA合作，推出国产FPGA开发平台的入门级图书。
坦诚来讲，高云的云源软件，以及其它国产FPGA开发软件，与ISE、、相比还存在明显的差距，但这主要体现在高阶的应用方面。对于初学者来讲，国产FPGA开发环境却反而友好得不是一点点，是很多很多。从安装过程到使用步骤都更具亲和力，初学者反而不用为学习繁杂的开发工具使用方法花费过多的时间。而学习FPGA的核心，一定是理解硬件编程思想，掌握硬件编程方法。开发环境的使用大同小异。相信我，相信成千上万的FPGA开发工程师的切身体会，在你熟悉FPGA开发方法后，学习其它开发环境一定是一件轻松惬意的事。就正如，如果你掌握了 HDL语言，即使从未编写过VHDL代码，人生第一次看见一段VHDL代码也会感到无比的亲切。因为，他们并没有本质上的不同。
三、确认视频是完备的？认真录制的？完全免费的？
是完备的，是认真录制的，是完全免费的。我于2022底~2023年初完成了42集配套视频的录制，已在B站（UP主：杜勇FPGA）发布完毕。在你观看视频的过程中，或许会感觉到有几期视频的声音有一点特别，就是有点沙哑，好像感冒了？或许你已经猜到了。在那场席卷全球的疫情面前，我也荣幸的经历了一次洗礼。
春回大地，万物复苏。五一节的人海，让那场疫情恍如隔世！
四、章节编排的理由
全书分四篇：基础篇、初识篇、入门篇和提高篇。
基础篇中只用一章的篇幅介绍与FPGA设计相关的，数字电路课程的核心内容，另外二章讨论逻辑电路基础知识和环境安装方法。
初识篇先用流水灯电路体验FPGA的开发流程，你会发现其实比想象中简单很多，尤其采用云源软件开发时。再多角度阐述D触发器这个灵魂，和计数器这个精华。这两个简单的内容讲得太多了吗？不，不，不。根据“换个姿势”的出发点，编写FPGA程序不过是反复写D触发器和计数器而已，无论是后面讲的秒表电路、串口电路、还是音乐放器，莫不如此。在讲D触发器和计数器时，注意融合FPGA并行设计思想，简洁明了彻底理解“＝”“<=”等与C语言截然不同的概念。
入门篇就开始起飞了。秒表电路几乎人人都在设计，网上充斥很多学习的代码。什么样的代码才是简洁、美观的呢？如果你发现了和书中类似风格的代码，如果代码是在2019年以前发布的（我于2019年通过开发板发布了秒表、按键消抖、串口通信这类基础代码），只能说发布者和我的审美相差无几吧，如果全都是2019年后发布的，希望大家能够在使用的时候注明出处啊。密码锁、电子琴电路的设计问题，已初步超越了FPGA语法的范围，其实只是训练学习者的逻辑思维能力罢了。串口通信是一个应用非常广泛的功能电路。经常看到学生从网上找到用状态机写的串口代码。为什么要用状态机呢？用计数器的方法无论从理解的角度，还是实现的角度都更为简单清晰。虽然不提倡用状态机的思路写代码，但还是用一章的内容对此进行了讨论，并以序列检测器的程序为例进行了对比分析。用D触发器的思想写序列检测器是多么多么的简单啊！
提高篇讨论了时序约束、IP核设计、在线逻辑分析仪和常用设计技巧。其实在经历过前面三篇的学习之后，如果初学者已经能够在不参考任何代码的前提下，从头开始写完整个的“串口控制秒表电路”，相信已经基本跨入了FPGA设计的大门，已经具备顺利自学这一篇内容的条件和能力了。
五、学无止境
没有一本书能够把FPGA设计的方方面面都讲到，通过学习一本书就能完全掌握FPGA设计的所有技巧只是一个美好的愿望而已。熟练的应用需要学习者大量的练习和思考。《零基础学FPGA设计——理解硬件编程思想》只是采用另一种姿势，给大家提供另一种学习的方法，帮助大家快速、顺利的跨入FPGA设计的大门而已。
一定要有开发板，一定要用云源软件才能使用这本书吗？不，不，不。
重要的事说三篇：开发环境是次要的，核心是理解硬件编程思想，思想，思想！
图书配套开发板实物图
六、图书目录
第一篇基础篇
第 1 章 必备的数字逻辑电路知识
第 2 章 可编程逻辑器件基础
第 3 章 准备好设计环境
第二篇 初识篇
第 4 章 FPGA 设计流程—LED 流水灯电路
第5章 从组合逻辑电路学起
第 6 章 时序逻辑电路的灵魂——D 触发器
第 7 章时序逻辑电路的精华—计数器
第三篇：入门篇
第 8 章 设计简洁美观的秒表电路
第 9 章 数字密码锁电路设计
第 10 章简易电子琴电路设计
第 11 章 应用广泛的串口通信电路
第 12 章 对状态机的讨论
第四篇：提高篇
第 13 章 基本的时序约束方法
第 14 章 采用 IP 核设计
第 15 章 采用在线逻辑分析仪调试程序
第 16 章 常用 FPGA 设计技巧
祝大家学习愉快，工作顺利！
