写在最前面：
没错，我便是一名普一般通的工程师，有那么一两项能养活自己的技能。技能这个东西，假如仅仅用在作业岗位上的话，便是一个“搬砖”的东西，假如把它共享出来，没准还能磕碰出有意思的东西来，你们说是吧？
好了，这一系列博文教程叫做“FPGA软硬件加快入门”，望文生义，便是运用FPGA自身的特色，在软硬件进行不同的体系分工，加快体系输出的速度（首要是核算），我会尽量从入门者的视点解说相关内容，假如你觉得还行，挺受用，动一动手指，帮助转发一下，不胜感激啦~
一、 从嵌入式软件开发到FPGA开发
1.1 单片机开发流程浅析
在开端介绍FPGA之前，让咱们来回忆一下简略的嵌入式软件开发吧，信任咱们或多或少都触摸过单片机（Micro Control Unit）的规划流程。作为一个简略的操控器，单片机的作业流程无非如下：
1、 单片机上电，程序从存储器中加载到MCU内部；
2、 依据单片机的输入（如键盘输入、传感器数据的读取等）、以及程序内部的逻辑，核算得到操控成果；
3、 将成果输出，操控单片机的外部设备（如LED的亮灭、操控电机转速的PWM波形等）；
也便是说，一个简略的单片机作业体系的构成如下：
而为了建立上面的这样一个体系，咱们在软件方面需求做的作业包含下面这几部分：
1、 代码修改，这儿首要包含输入输出设备驱动和内部的操控逻辑；
2、 代码编译，将源文件（.c或.cpp）转化为指定单片机可执行的二进制文件；
3、 可执行文件烧写，将二进制文件固话到单片机（内部或外部）的存储器中；
上面三个过程，咱们一般是在各种IDE（Integrated Development Environment）开发环境下完成的，也便是说在一个软件里边完成修改、编译、烧写的功用，常见的IDE软件如下：
1.2 从单片机开发到FPGA开发
1.2.1 FPGA的根本作业原理
在进行FPGA开发之前，咱们有必要得了解为什么要运用FPGA，也就有必要得知道FPGA的作业原理。咱们知道，关于一个简略单片机体系来说，作业原理和上文描绘相同，也便是说，关于一个简略的让LED闪耀的功用，单片机要做的作业如下：
1、 从（内部或外部）的程序存储器中，取出一条让LED点亮的指令；
2、 将该指令输入到CPU的指令译码器中，依据译码器的成果（此处是将操控LED的GPIO的输出寄存器的bit位拉高）操控相应寄存器；
3、 加载下一条延时指令，输入到译码器中，进行空操作处理；
4、 持续加载下一条让LED灭的指令，译码后，操控GPIO总线上的指定bit位拉低，然后平息LED；
5、 循环上述操作到达闪耀LED的意图；
经过上面闪耀LED的比方，咱们能够知道，关于单片机来说，它的中心有2点：
指令的加载、译码——其实也便是对指令集的解析，知道这一条言语究竟进行了什么硬件上的操作，后边章节会具体的解说；
外设的操控——能够经过写寄存器操控单片机的外设，如GPIO、uart、spi、IIC等；
那么关于FPGA而言呢？
无论是FPGA、单片机，又或是ARM体系、咱们的PC，其实本质上便是一个核算渠道，是一个信息处理体系。作为一个体系，它的输入、核算、输出的构成是永久不会变的。那变的是什么？变得是核算的原理。
关于单片机而言，取指、译码、输出是它的原理，那么关于FPGA而言，它的原理又是什么？在介绍之前，咱们先回忆一下《数字电路》这门课里边的根底内容——组合逻辑和时序逻辑电路。
D触发器是时许逻辑电路的根本组件，与、或、非们是组合逻辑电路的根本组成。运用这些组成咱们能够完成许多小的功用。
比方，经过D触发器咱们能够规划一个计数器：
比方，咱们能够经过简略的组合逻辑来完成一个比较器
讲到这儿，咱们或许现已知道了，这两个简略的逻辑电路其实能够构成一个让LED闪耀的简略体系。咱们只需求将计数器的输出作为比较器的X输入，而别的一个固定的电平值（比方说8）作为Y输入，那么每逢X=Y的时分，比较器的X=Y都会输出一个高电平。而将X=Y的输出作为另一个1位计数器的输入的时分，便会发生这么一个作用——每过8个时钟周期后，最终输出的电平就会回转一次，到达LED闪耀的作用，整个电路的构成如下：
为什么在这儿要讲LED闪耀的数字电路构成呢？由于这正是FPGA的作业原理！FPGA全程Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列），这个“门”指的便是FPGA内部芯片的首要组成部分——巨大数量的寄存器和门电路（具体的构成后边章节会介绍）。
至此，咱们能够比照出单片机开发和FPGA作业原理了。它们的异同点如下表：
1.2.2 为什么要用FPGA
前面咱们提到一个简略的操控LED的比方，知道了整个流程是取指、译码、操控外设的流程。关于一个LED电频翻转来说，MCU当然是满足的，咱们考虑一下以下几个问题：
1. 假如我要输出高清的60帧/s的1080P视频信号给显示器怎么办？用GPIO操控？
2. 假如我要进行运算量十分大的程序，比方现在十分火的AI网络练习，涉及到许多的乘法、加法，用MCU？PC？
答复了上述几个问题也就解说了为什么要用FPGA了。咱们来挨个解说一下：
1. 用GPIO翻转输出一个指定的电平需求几十个时钟周期（MCU的clock频率），假如我要输出一个60帧、1080P的视频信号的话（其实也是电平的操控），那么翻转的频率或许要到达百兆的速度了，假如运用MCU这种方法的话，MCU要到达几GHz的主频了，这显然是不现实的。而依据上面FPGA的电平翻转的原理，D触发器的时钟频率只需求百兆就能够了；
2. 核算机根底告知咱们，无论是MCU仍是PC的CPU，内部都有相应的乘法器和加法器。假如规划到许多的核算的话，单个乘法/加法器哪怕主频再高，核算速度也跟不上。而关于FPGA来说，能够模仿上面计数器、比较器的方法，规划几十个、几百个乃至几千个核算单元，哪怕主频比CPU低许多，核算速度也远高于CPU。二者的联系能够用下图形象地表明：
FPGA开发流程
二、FPGA开发流程
FPGA的开发有一个特色，即开发环境和运用的芯片有十分强的关联性。不像单片机开发的IDE，一个开发套件能够适配几十上百家不同的单片机（各种51、PIC、stm32等）。但现在干流的FPGA芯片只要2家——Xilinx（赛灵思）和Altera（后被Intel收买，咱们权且称之为英特尔的FPGA吧）。
这系列博文首要会集在Xilinx的FPGA芯片及其相应的开发套件Vivado上。
以比较常见的stm32系列单片机和集成开发环境Keil为例，咱们来比照一下单片机开发和FPGA开发的流程。
能够看到，相关于单片机（更不用说一般的PC软件开发了），FPGA的开发流程杂乱了许多。工程么，不便是各种tradeoff，开发便当和核算性取舍，便是后话了~
