FPGA行业点知识

FPGA行业技术点和学习路线

背景知识

  1. ZYNQ 系列芯片
    • ZYNQ7000:双核 Cortex-A9 + FPGA,经典器件 xc7z20-clg484–1-i
    • ZYNQ UltraScale+ MPSoC:四核 Cortex-A53 + 双核 R5 + 高性能 FPGA,经典器件 xczu3eg-sfvc784-1-i
    • 手册资源:UG585(ZYNQ7000),UG1085(ZYNQ MPSoC)。
  2. 开发工具链
    • Xilinx 官方工具:Vivado、Vitis、Vitis HLS、Petalinux。
    • 开源 Linux 开发工具:Yocto。

学习建议与技术点

建议一:开发板选择
  • 推荐开发板:
    • 高端:ZCU102、ZC706。
    • 入门:Zedboard、Mini-Zed、PYNQ-Z2、Ultra96V2。
    • 经济方案:Alinx 开发板。
建议二:入门实验
  1. 点亮开发板的 LED 流水灯,完成厂商提供的实验。
  2. 熟悉设计方法:
    • Vitis + Vivado 的硬件设计。
    • Bare-metal C 代码的编写与调试。
  3. 理解 ZYNQ 的启动流程:
    • boot.bin 文件的生成。
    • 启动模式(Multi-boot、Golden-binaries)。
建议三:熟悉 ZYNQ 外设控制器
  1. 熟练掌握常见外设(SPI、I2C 等)的控制与 HAL 库操作。
  2. 理解 HAL 底层代码逻辑:
    • 基地址 + 寄存器偏移量实现操作。
    • U-Boot 和 Linux 驱动的设备模型。
建议四:FPGA 基础学习
  1. 学习 Verilog HDL,完成基础实验:
    • 点灯、逻辑电路设计。
  2. 理解 FPGA 基础概念:
    • LUT、BRAM、FF、DSP slice。
    • IO Constraints、Timing Constraints。
    • 综合与实现的流程(DRC、VIV、Isolation Design Flow)。
建议五:PS 与 PL 的结合
  1. 学习 AXI 总线协议:
    • AXI4、AXI4-Lite、AXI-Stream。
    • Memory-Mapped Interface。
  2. 实验设计:
    • 设计一个频率可变的 LED 外设控制器,PS 配置寄存器,PL 控制点灯。
建议六:FPGA Master 模式
  • 学习 FPGA 如何作为 Master 访问 PS 内存:
    • AXI-DMAAXI DataMover 的使用。
建议七:软核处理器
  1. FPGA 中实现 RISC-V 或 MicroBlaze 软核处理器。
  2. 软核与 PS 处理器的通信:
    • 实现 Ring (环形)通信。
    • Inter-Processor Communication(IPC)。
建议八:复杂系统架构
  1. 在 PS 上运行嵌入式 Linux。

  2. 构建复杂架构:

    • ZYNQ MPSoC

      的多处理器架构:

      • A53 运行 Linux。
      • R5 Split 模式运行两个 FreeRTOS 实例。
      • PL 中两个 MicroBlaze,分别运行 FreeRTOS 和 Bare-Metal。
    • 系统架构:SMP + AMP + AMP。
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  3. 系统设计关键点:

    • 内存划分与管理。
    • 核间 IPC 通信。
    • 启动顺序控制。
建议九:项目实践
  1. 进入工业自动化、通信、汽车行业头部企业。
  2. 通过项目历练,实践建议八中的系统架构。

延伸技术

  1. Cyber-Security:多启动与安全加固。
  2. 软硬件协同设计:跨处理器与 FPGA 协同优化。
  3. Linux 驱动开发:基于 HAL 库实现更高层次的设备驱动。

总结

通过扎实的理论与实践结合,全面掌握 ZYNQ 开发中的硬件、软件、架构设计方法,为进入工业、通信或汽车行业的研发工作打下坚实基础。

《金刚经》
第五品:凡所有相,皆是虚妄。若见诸相非相,则见如来。
第十品:应无所住,而生其心。

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