硬件基礎(chǔ)知識(shí)及學(xué)習(xí)體會(huì)

1、硬件基礎(chǔ)知識(shí)及個(gè)人學(xué)習(xí)心得北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)l硬件設(shè)計(jì)常用的軟件工具l電路設(shè)計(jì)流程l電路設(shè)計(jì)中的搜索與參考l注意事項(xiàng)l個(gè)人讀博士學(xué)習(xí)心得Outlineu 硬件設(shè)計(jì)包括了原理圖及PCB圖的設(shè)計(jì)、硬件代碼設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。u原理圖及PCB版圖設(shè)計(jì)工具：1）protel、cadence（原理圖繪制部分是capture軟件，PCB版圖設(shè)計(jì)部分是PCB Editor）。uCapture 設(shè)計(jì)包括原理圖封裝及原理圖中各元器件連接；PCB設(shè)計(jì)部分主要是各元器件的PCB封裝，及元器件間連線，還包括差分對(duì)處理，電磁隔離，電源層和地層的設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)中常用到的軟件工具u 可編程器件的開發(fā)工具：DSP

2、主流產(chǎn)品分為浮點(diǎn)型和定點(diǎn)型產(chǎn)品：開發(fā)工具是CCSFPGA主要分為兩大主流產(chǎn)品：altera公司的cycloneStratix系列的產(chǎn)品，及Xillinx公司的SpartanVirtex系列產(chǎn)品。相應(yīng)的開發(fā)軟件分別為QuartusII及ISE軟件，第三方軟件Synplify不常用（大同小異）。 硬件設(shè)計(jì)中常用到的軟件工具n至上而下的設(shè)計(jì)思路u1）分析功能需求劃分為幾個(gè)子功能模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)每個(gè)子模塊。主要就是器件選型、器件典型工作電路配置（芯片資料網(wǎng)： TI官網(wǎng)：電源、AD/DA Xillinx官網(wǎng)：FPGACPLDFLASH Altera官網(wǎng)：FPGA AD公司官網(wǎng)：AD/DA器件）u 2）統(tǒng)籌

3、考慮各模塊間匹配、隔離、及供電u 3）跳線（0歐）電阻的應(yīng)用，減少風(fēng)險(xiǎn)。 電路設(shè)計(jì)流程n至上而下的設(shè)計(jì)思路u4）利用capture軟件完成原理圖繪制u5）利用Allego軟件完成PCB版圖繪制PCB版圖與原理圖設(shè)計(jì)是個(gè)迭代完善的過程u6)硬件電路的調(diào)試：先檢查供電是否正常，程序下載是否正常;測(cè)試芯片的供電及輸入輸出，對(duì)于關(guān)鍵功能芯片，留有測(cè)試孔方便調(diào)試 電路設(shè)計(jì)流程對(duì)于可編程芯片后期程序開發(fā)：（針對(duì)DSPFPGACPLD）編程語言：DSP：c程序，開發(fā)流程類似于單片機(jī)，主要1）初始化文件cmd配置，定義了各存儲(chǔ)區(qū)起始地址及長度；同時(shí)定義了各外部接口的地址2）運(yùn)行主程序：先完成DSP初始化配置：

4、設(shè)置其工作頻率及中斷允許控制等3）完成相應(yīng)功能的子程序或中斷程序設(shè)計(jì)4）開發(fā)工具CCS,支持軟調(diào)試;5）在線JTAG測(cè)試及FLASH工作方式 電路設(shè)計(jì)流程對(duì)于可編程芯片后期程序開發(fā)：（針對(duì)DSPFPGACPLD）編程語言：FPGA：verilog程序，主要特點(diǎn)是并發(fā)式操作1）不同的always模塊，在同一時(shí)刻執(zhí)行，參考夏宇聞老師的教材，做幾個(gè)實(shí)例，c的基礎(chǔ)，并行的思維；A=90;d1=1,d2=6,d3=3;Always (clk)begind1=A;D2=d1;D3=d2;end 電路設(shè)計(jì)流程對(duì)于可編程芯片后期程序開發(fā)：（針對(duì)DSPFPGACPLD）編程語言：2）幾個(gè)常用的簡單原則：Alwa

5、ys 模塊里的變量賦值均采用非阻塞式（=）操作,硬件綜合的效果相當(dāng)于一個(gè)寄存器，盡量讓信號(hào)在時(shí)鐘clock控制下同步變化不同模塊間的數(shù)據(jù)傳遞通常要經(jīng)過寄存器緩沖一下；如data_adly=data_a 電路設(shè)計(jì)流程對(duì)于可編程芯片后期程序開發(fā)：（針對(duì)DSPFPGACPLD）編程語言：FPGA：u開發(fā)流程：從上到下，分析總體功能，劃分各個(gè)子模塊（module）；定義模塊間接口，包括端口信號(hào)名稱，位寬等。u為增強(qiáng)程序可讀性，一定要盡可能多加注釋，尤其是輸入輸出口部分的定義，同時(shí)變量名或端口名要盡可能有明確的意義。下面是一個(gè)例子。 電路設(shè)計(jì)流程stream_detect( clk50m, rst, s

6、ync_rfifo0_rdb, /同步接收FIFO0的狀態(tài)和控制信號(hào) sync_rfifo0_ren, sync_rfifo0_STS, stream_db_in, /接收遙測(cè)碼流的數(shù)據(jù)信號(hào) stream_clk_in, /接收遙測(cè)碼流的時(shí)鐘信號(hào) rx_ena, /接收數(shù)據(jù)使能 syn_status, /幀同步狀態(tài)，0=搜索，1=校驗(yàn)，3=鎖定，2=保護(hù)/用戶設(shè)置的參數(shù) FrameLen, /幀長 02047 FrameHead, /幀頭 四字節(jié) 向前對(duì)齊 FrameHeadLen, /幀頭長度 14字節(jié) Rand_en, /擾碼使能 Src_type, /發(fā)送數(shù)據(jù)源類型 err_valid,

7、 /錯(cuò)誤有效標(biāo)志，高有效 err_frame_cnt,/誤幀計(jì)數(shù) total_frm_cnt,/總幀計(jì)數(shù) err_bit_cnt,/比特錯(cuò)誤計(jì)數(shù) frmerr_limit/誤幀上限 );電路設(shè)計(jì)流程軟仿真1）Modelsim時(shí)序仿真主要是測(cè)試模塊的編寫testbench(參見夏宇聞老師的書)，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，大家以前做過的項(xiàng)目用過的模塊及測(cè)試程序的編寫，拿來主義，先會(huì)用了。2）qurtus或Ise軟件均支持后仿真，及編譯綜合完成之后再仿真，比較接近真實(shí)電路，考慮了延時(shí)及程序中可能存在的競(jìng)爭冒險(xiǎn)等問題實(shí)時(shí)在線測(cè)試：邏輯分析儀或chipscope.就是通過JTAG口采集硬件板卡中某個(gè)信號(hào)的狀態(tài)

8、在軟件上顯示，這個(gè)工具非常方便，可以觀察示波器和萬用表所不能觀察的好多信號(hào)，并且可設(shè)出發(fā)條件。 電路設(shè)計(jì)流程（仿真部分） 電路設(shè)計(jì)流程（仿真部分） 電路設(shè)計(jì)流程（仿真部分）前人栽樹，后人乘涼1）面對(duì)一個(gè)新的需求，可以跟師兄師姐討論一下，那些部分跟以前設(shè)計(jì)的部分基本相同，或直接拿來應(yīng)用，或稍作修改，節(jié)省開發(fā)時(shí)間。同時(shí)要求我們?cè)僮鋈魏我粋€(gè)項(xiàng)目時(shí)，保證友好的接口風(fēng)格，寫好文檔，對(duì)已成功的設(shè)計(jì)版本打包壓縮。2）搜索主要是指芯片的選型及外圍電路設(shè)計(jì)主要原則是：參考已有開發(fā)板的電路設(shè)計(jì)，參考芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的用戶外圍電路設(shè)計(jì)，常用網(wǎng)站：http:/(AD)；(datasheet)http:/(FPGA)

9、； (filter)(ADDSPpowermemorizer)http:/ 硬件設(shè)計(jì)中的參考與搜索良好的習(xí)慣成就卓越的能力和效率1）原理圖和PCB的每一點(diǎn)進(jìn)展都打包存儲(chǔ)，很多操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致前功盡棄；2）對(duì)一些操作步驟可以寫txt記錄，如反標(biāo)操作，生成Gerb文件等；當(dāng)然也可以隨時(shí)百度，（百度很聰明）3）避免一切可能燒板的行為，如帶電插拔、電源和地的短接等。4）注意積累，最好有個(gè)專門的筆記本來記錄電路設(shè)計(jì)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；也包括搜索技巧，（更推薦電子版）管理資料時(shí)，可以項(xiàng)目為文件夾，在頂層最好能有個(gè)txt文檔對(duì)所有子文件做個(gè)說明，好記性不如爛筆頭。5）對(duì)項(xiàng)目中已完成的原理機(jī)或板卡或測(cè)試環(huán)境拍照

10、記錄，積累畢設(shè)資料； 電路設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)良好的習(xí)慣成就卓越的能力和效率1）原理圖和PCB的每一點(diǎn)進(jìn)展都打包存儲(chǔ)，很多操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致前功盡棄；2）對(duì)一些操作步驟可以寫txt記錄，如反標(biāo)操作，生成Garb文件等；當(dāng)然也可以隨時(shí)百度，（百度很聰明）3）避免一切可能燒板的行為，如帶電插拔、電源和地的短接等。4）注意積累，最好有個(gè)專門的筆記本來記錄電路設(shè)計(jì)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；也包括搜索技巧，（更推薦電子版）管理資料時(shí)，可以項(xiàng)目為文件夾，在頂層最好能有個(gè)txt文檔對(duì)所有子文件做個(gè)說明，好記性不如爛筆頭。5）對(duì)項(xiàng)目中已完成的原理機(jī)或板卡或測(cè)試環(huán)境拍照記錄，積累畢設(shè)資料； 電路設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)目標(biāo)明確，發(fā)揮

11、優(yōu)勢(shì)1）不管會(huì)不會(huì)做，一定要?jiǎng)邮肿?，瞎做亂做，做多了就會(huì)做了，對(duì)于硬件設(shè)計(jì)，在保證不燒板卡的情況下，大膽嘗試。2）不管想得對(duì)不對(duì)，一定要敢于勤于提出自己的想法，再粗淺的想法，可以在討論中逐步深入，沒有想法就是可怕也是可恥的。3）建議研一博一的同學(xué)，找跟自己研究方向較接近的經(jīng)典教材或論文，翻譯并做仿真嘗試，研究比較深入時(shí)，一些經(jīng)典的基礎(chǔ)的理論功底還是很重要的。個(gè)人讀博士學(xué)習(xí)心得目標(biāo)明確，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)4）不管你信不信，個(gè)人牛逼的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，項(xiàng)目工程也好，學(xué)術(shù)研究也罷，要注重合作和討論，三個(gè)臭皮匠頂個(gè)諸葛亮。在合作中注意學(xué)習(xí)伙伴的優(yōu)點(diǎn)，適時(shí)地給予別人贊美和鼓勵(lì)吧，見證奇跡。5）一個(gè)看似沒有希望的課題，過了幾天重新來做，你又可以發(fā)現(xiàn)一些驚喜，不要輕易放