FPGA-Kurs – Alles, was Sie über den Dot Matrix VHDL-Kurs wissen müssen
Ich freue mich, Ihnen mitteilen zu können, dass der VHDL- und FPGA-Kurs, an dem ich in den letzten sechs Monaten gearbeitet habe, langsam abgeschlossen wird. Der Kurs befindet sich im Moment in der Beta-Phase und ich plane, ihn diesen Herbst zum ersten Mal zu starten.
Für wen ist der FPGA-Kurs geeignet?
Der FPGA-Kurs richtet sich an Entwickler, die Kenntnisse in anderen Programmiersprachen haben, aber neu in VHDL und FPGAs sind. Dieser Kurs führt Sie vom Anfänger- oder Fortgeschrittenenniveau zum Verständnis und zur Verwendung fortgeschrittener VHDL-Codierungskonstrukte.
Der Kurs ist perfekt für den professionellen Softwareentwickler, der mit der FPGA-Entwicklung beauftragt wurde. Es ist auch für Studenten oder Freiberufler geeignet, die sich für Hardwaredesign interessieren und vielleicht einen beruflichen Wechsel in die FPGA-Entwicklung in Betracht ziehen.
Jeder mit grundlegenden Programmierkenntnissen kann von dem praktischen Ansatz profitieren, den Ihnen dieser Kurs beibringt. Wir entwickeln ein echtes, physisches Produkt von Grund auf neu. Ich zeige Ihnen genau, wie ich dieses Problem gelöst hätte, wenn es von mir als FPGA-Ingenieur verlangt worden wäre.
Das Projekt
Ein Punktmatrix-LED-Display-Controller ist das Produkt, das wir in diesem Kurs erstellen. Punktmatrix-LED-Displays werden heutzutage häufig für große Werbetafeln oder Informationsdisplays im Freien verwendet. Sie wurden jedoch vor dem Aufkommen kostengünstiger LCD-Displays für kleinere Geräte wie Digitaluhren und Verkaufsautomaten verwendet.
Sie können den Kurs auch als reine Simulationsübung absolvieren, wenn Sie dies bevorzugen. Sie müssen keine Hardware oder sogar ein FPGA-Entwicklungsboard kaufen. Sie können aber auch Ihren eigenen Prototypen erstellen, alle Informationen sind im Kurs enthalten.
Das Lattice iCEstick FPGA Evaluation Kit ist das FPGA-Entwicklungsboard, das in diesem Kurs verwendet wird. Dieses 25-Dollar-Board verfügt über ein iCE40 HX1K FPGA mit 1280 Logikelementen und 64 KB Block-RAM, was für unsere Anwendung mehr als genug ist. Das iCEstick-Board kann direkt in ein Steckbrett gesteckt werden, was wir bei der Erstellung des Prototyps tun werden.
Wir erstellen eine FPGA-Implementierung, die in der Lage ist, eine 8×8-Punktmatrix-LED-Anzeige mit 64 LEDs zu steuern. Das FPGA speichert Informationen im Block-RAM darüber, wie jedes ASCII-Zeichen zu rendern ist.
Sie können Text an das FPGA senden, indem Sie den USB-Anschluss verwenden, der auf der FPGA-Platine vorhanden ist. Der Text wird auf dem Punktmatrix-Display gerendert, während wir das serielle Terminal des Computers eingeben. Das FPGA gibt die Zeichen mithilfe des UART-Transceivers, den wir im Kurs erstellen, an das serielle Terminal zurück.
In der Stückliste (BOM) finden Sie alle Teile, Verbrauchsmaterialien und Werkzeuge, die zum Erstellen des Prototyps verwendet wurden.
FPGA-Kursstruktur
Die 120 Vorträge sind in 17 Abschnitte unterteilt, wobei die Videos durchschnittlich 10 Minuten dauern. Ich habe das komplizierte Zeug absichtlich in mehrere kürzere Vorlesungen aufgeteilt, um es überschaubarer zu machen. Jeder Abschnitt behandelt ein VHDL-Modul, eine Testbench oder ein Konzept innerhalb des VHDL- und FPGA-Designs. Dieser Kurs lässt nichts aus, alle Konzepte und Designentscheidungen werden erklärt.
Im Erste Schritte Abschnitt installieren wir die benötigte Software und richten die Entwicklungsumgebung ein. Der nächste Abschnitt stellt das Lattice iCEstick FPGA-Entwicklungsboard sowie das analoge Schema des Punktmatrix-Displays und der unterstützenden Schaltung vor.
Ich werde alles erklären, was ich in den Codierungssitzungen mache, damit Sie den Fortschritt verfolgen können, auch wenn Sie nur über grundlegende VHDL-Kenntnisse verfügen. Sie können den Code, den wir schreiben, mit jeder anderen Ihnen bekannten Programmiersprache verknüpfen.
In diesem Kurs wird der Editor Visual Studio Code (VSCode) mit einem VHDL-Plugin verwendet. VSCode ist derzeit einer der beliebtesten Programmiereditoren und völlig kostenlos. Wir verwenden die Vorlagenausschnitte aus dem VHDL-Plug-in, um Zeitverschwendung für trivialen, sich wiederholenden Code zu vermeiden. Obwohl VSCode keine IDE ist, die Code automatisch vervollständigt, ohne dass Sie wirklich verstehen, was vor sich geht.
Wir synthetisieren jedes VHDL-Modul einzeln und untersuchen den vom Synthesetool erstellten Schaltplan. Wir tun dies als letzte Vorlesung jedes Codierabschnitts, der ein RTL-Produktionsmodul (Register-Transfer-Level) produziert. Diese Lektionen vermitteln Ihnen wertvolle Fähigkeiten, um zu verstehen, wie jede Codezeile in digitale Logik übersetzt wird.
Der Dot-Matrix-LED-Controller-FPGA-Kurs vermittelt Ihnen die richtigen VHDL-Designtechniken. Machen Sie es gleich beim ersten Einschalten des Chips richtig, indem Sie für jedes Modul in jeder Designhierarchie eine Testbench erstellen. Versuch und Irrtum ist keine praktikable Strategie bei der Entwicklung von Hardware. Der Kurs lehrt Sie, als professioneller FPGA-Ingenieur selbstprüfende Testbenches zu entwickeln.
Die ModelSim PE Student Edition wird im Kurs verwendet, da es sich um den am häufigsten verwendeten VHDL-Simulator handelt. Die Studentenedition des Simulators kann kostenlos heruntergeladen werden; dies gilt für die gesamte in diesem Kurs verwendete Software.
Schließlich schließen wir den Kurs ab, indem wir den physischen Prototypen auf dem Steckbrett erstellen und das Design auf dem FPGA implementieren. Der Moment der Wahrheit ist, wenn wir das Gerät über den USB-Anschluss mit dem Computer verbinden und das serielle Terminal eingeben. Werden die Zeichen auf dem Punktmatrix-LED-Display angezeigt?
Dies ist der Zeitpunkt, an dem die Vorteile eines strengen Verifizierungssystems offensichtlich werden. Die Probleme, mit denen wir uns befassen müssen, sind viel einfacher zu lösen als ein nicht reagierender Chip, was wahrscheinlich das erste Ergebnis für ein reines FPGA-Bastlerprojekt ist.
Was Sie im FPGA-Kurs lernen werden
Sie lernen, wie Sie als professioneller FPGA-Ingenieur an eine Aufgabe herangehen. Der Kurs wird Ihre VHDL-Kenntnisse auf ein Niveau bringen, auf dem Sie sich bei jeder VHDL-Aufgabe sicher fühlen.
Dies sind einige der Dinge die Sie in diesem Kurs lernen werden:
Erweiterte VHDL-Funktionen
- Pakete, Datensätze und Unterprogramme
- Geschützte Typen (VHDL-Klassen)
- Zugriffstypen (VHDL-Zeiger)
- Generika
- Signalattribute wie
'last_eventoder'stable - VHDL-2008-Features wie hierarchische Signalreferenz
Erweiterte Testbench-Strategien
- Verifizierungskomponente
- Bus-Funktionsmodell
- Selbstüberprüfende VHDL-Testbench
- Interaktive TCL-gesteuerte Testbench
Verwenden von FPGA-Designtools
- ModelSim VHDL-Simulator
- Synplify Pro-Synthesesoftware
- Lattice iCEcube2 Designsoftware
- Pin-Zuweisung und Taktbeschränkungen
- Synthese, Ort und Route
Möchten Sie mehr über den Kurs erfahren?
Aktualisiert am 21. September 2019: Ich habe den Kurs abgeschlossen.
Klicken Sie hier, um den Lehrplan anzuzeigen
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