FPGA工程师需要掌握的技能

FPGA设计论坛 2023-01-13 1455

描述

1. 需求核对阶段

1）良好的沟通技能：需要与需求方核对需要的功能及性能，态度很重要，谦逊专业的沟通态度才能对需求理解无偏差，理解错误，后面就可能引起构架的修改。对外团队协作能力很大一部分体现在这里。

2）行业背景知识：需要把需求翻译成FPGA的功能点以及逻辑上的处理流程（流程及需要的数据结构，用硬件的大白话就是大的pipeline流水线功能以及每个功能对应的表项及数据结构）。

2. 总体设计阶段

1）功耗评估：xilinx和altera两家都会提供功耗评估excel，填入使用的IP、逻辑使用量、频率、IO类型、时钟等，可以评估总的功耗大小，以及每一路电源的电流的大小预估，这个很重要，是板子能否做稳定的一个重要因素

2）IO设计：电路连接设计相关，把对外设计的接口特别是牵涉到存储器、transceiver相关的接口、IO电平标准、时钟分布都要例化出来，然后编译通过，软件输出csv文件，里面包含了IO的电平标准及外围连接，这一步极大提升做板一次成功率。因为每一代FPGA以及每个系列器件的结构总有些不同，特别是共享PLL，transceiver，存储器的共享模块设计都会有些不同，因此安全做法是把要使用的除LUT和RAM以外的资源例化，然后编译通过，保证外围连接不出错。

3）软硬件接口设计：制定软件要访问FPGA的方式、以及软硬件如何配合、FPGA如何初始化功能。这块需要有经验，不同的应用场合需要设计不同机制。大体可以分为以下几类：

寄存器访问：直接或间接

功能表项的配置

数据、命令、状态的互传：高性能一般要设计DMA，不同应用DMA要求不同。

4）逻辑部分的总体规划：时钟域规划、复位规划、模块划分及模块功能规划、FIFO/RAM使用大小及类型规划、模块间传递接口规划(最好标准化，类似软件API，以后可复用)、编码规则制定。

3. 设计及编码

1）良好的coding规则：主要是命名，命名至少要区分：同步寄存器、跨时钟域寄存器、连线这些信号命名最好在前缀区分，这个在后期下约束时可以用通配符找信号。

2）查找及看懂硬核的使用手册

3）领域内常见算法的实现：比如针对网络：共享缓存设计、各种HASH算法实现、LPM查表算法、各种匹配算法实现。加解密领域，需要把串行算法翻译成硬件并行算法的能力。针对目前流行的神经网络，针对各种网络如何设计高效的数据流入方式，如何进行特征的预处理。

4. 仿真验证

1）仿真平台搭建，看设计大小及是否将来重用，设计大且重用多，考虑UVM这些设计方法及平台搭建。简单的就利用verilog，通过task任务的设计及调用来设计仿真平台。需要掌握testbench设计、仿真工具使用及debug。

2）测试规划及项目抽取，这个是目前大部分FPGA工程师容易忽略的地方，设计要稳定，要系统的进行项目抽取，最好是另一拨人根据自己对规格的理解来系统抽取测试项目，这样完整验证后保证功能大体稳定。而性能测试一般要在实机测试中进行。

5. 后端

物理约束：可以从IO分配的工程中导入。

时序约束

IP的约束导入

其他软件相关的特殊信号的约束（一般通过在代码中用属性表示）

掌握看后端的原理图、器件映射图、出问题时可以在后端把一些网络剪短或连接（ISE之前提供，vivado不知道是否还有这种工具）

6. 调试

掌握调试工具：

一般厂商都会提供：transceiver调试工具测试回环，无码率等。

内部逻辑分析仪使用

存储器调试：各种物理层参数的配置及调试

各种下载方式掌握。

软硬件联调时各种调试命令的设计

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