嵌入式FPGA系统设计培训班 课程目标&培养对象

课程目标

培养学员迅速掌握和使用FPGA数字系统开发工具、开发流程，能够独立进行初步的FPGA系统设计。经过培训，学员可以掌握HDL语言的初步开发能力，并且解决FPGA产品开发过程中的常见问题，掌握基于FPGA的设计和调试方法。

培训对象

FPGA系统的软件和硬件开发工程师；电子类专业的大学生和研究生；电子产品设计爱好者。

嵌入式FPGA课程紧跟企业用人需求，全部企业级实战案例驱动教学

实战设计思路及极速提升学员能力才是友道FPGA课程核心

阶段目标 了解FPGA系统设计的基础知识，掌握FPGA最小系统硬件电路设计方法，学会操作QuartusII软件来完成FPGA的设计和开发。
阶段课程
(5天)		 FPGA概念
1.1 FPGA简单入门
1.2 FPGA应用领域
1.3 FPGA的优势
1.4 开发流程
1.5 可编程逻辑基础及FPGA设计流程
1.6 Altium软件操作、电路设计和pcb设计要点
1.7 verilog练习：组合逻辑实验、分频器实验，作业 		FPGA芯片的的结构
2.1 FPGA的结构、内部逻辑单元及接口
2.2 主流低成本FPGA的结构、内部逻辑单元及接口
2.3 FPGA的布线策略
2.4 项目方案
2.5 原理图设计
2.7 元器件选型分组安排项目
2.8 原理图绘制和pcb布局
 开发工具简介
3.1软件下载和申请license申请
3.2 Quartus Ⅱ的安装
3.3 ModelSimAltera的安装
3.4 USBBlaster的驱动安装
3.5 verilog语法简介
3.6 pcb布线完成和投板
3.7 仿真软件的使用 		FPGA .V文件的编程规范
4.1 单个.v文件的书写规范
4.2 多个.v文件的书写规范
4.3 声明部分的编写规范
4.4 主体部分编写，always、initial、function、task的选择和使用
4.5 Always语句块编写规范和注意要点
4.6 Alwasys内部功能的扩充和Always直接的通信和协调
FPGA关键电路的设计
5.1FPGA板级电路设计五要素
5.1.1能量供应——电源电路
5.1.2心脏跳动——时钟电路
5.1.3状态初始——复位电路
5.1.4灵活定制——配置电路
5.1.5自由扩展——外设电路 		5.2FPGA核心板设计
5.2.1读懂器件手册
5.2.2核心板电路设计架构
5.2.3电源电路设计
5.2.4时钟和复位电路设计
5.2.5配置电路设计
5.2.6SDRAM电路设计
5.2.7引脚分配规划和扩展I/O电路 		5.3 扩展子板设计
5.3.1 基本外设子板
5.3.2 LCD显示驱动子板
5.3.3 VGA显示驱动子板
5.3.4 USB和UART串口子板
5.3.5 超声波与视频采集子板 		 
实战一 训练课题：“交通灯的设计实现”
实验要点：
1.1 Quartus II工程创建及属性设置
1.2 Quartus II源文件设计输入方式
1.3 Quartus II约束设计 		1.4 Quartus II工程编译
1.5 Quartus II功能仿真
1.6 Quartus II时序仿真 		   
阶段目标 熟练掌握硬件描述语言(Verilog HDL)是FPGA工程师的基本要求。通过本节课程的学习，学员可以了解目前最流行的Verilog HDL语言的基本 语法，掌握Verilog HDL语言中最常用的基本语法。通过本节课程学习，学员可以设计一些简单的FPGA程序，掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计 方法。通过实战训练，学员可以对Verilog HDL语言有更深入的理解和认识。
阶段课程
(4天)		 1. 层次建模的概念
2. 模块和端口
3. 门级建模
4. 数据流建模
5. 行为级建模
6. verilog练习：加法器、乘法器
7. verilog练习：按键消抖、矩阵键盘
 11. 任务和函数
12. 实用建模技术
13. Verilog HDL操作数和操作符
14. Verilog HDL和VHDL语言的对比
15. Verilog HDL循环语句
16. verilog练习：交通灯、状态机、PWM输出、呼吸灯
17. verilog练习：显示驱动、计算器
18. 电子琴的FPGA实现 		19. Verilog HDL程序的基本结构
20. Verilog HDL语言的数据类型和运算符
21. Verilog HDL语言的赋值语句和块语，阻塞和非阻塞赋值语句的区别
22. 数字钟的FPGA实现 		23. Verilog HDL语言的其他常用语句
24. Verilog HDL语言实现组合逻辑电路
25. Verilog HDL语言实现时序逻辑电路
26. 通讯接口spi、iic工作原理及spi的逻辑实现
27. VGA显示原理及逻辑实现
28. Verilog HDL语言的条件语句，包括IF语句和CASE语句的典型应用
实战二 训练课题：“顺序执行状态机设计实验”
实验要点：
1.1 Quartus II软件操作
1.2 组合逻辑电路设计实现
1.3 IF语句和CASE语句的使用
实战三 训练课题：“跑马灯设计实现”
实验要点：
2.1 Quartus II软件操作
2.2 时序逻辑电路设计实现
2.3 分频原理和实现方法
实战四 训练课题：“７段数码管测试实验-以动态扫描方式在８位数码管“同时”显示０-７”
实验要点：
3.1 Quartus II软件操作
3.2 了解如何按一定的频率轮流向各个数码管的COM端送出低电平，同时送出对应的数据给各段。
3.3 介绍多个数码管动态显示的方法。
阶段目标 虽然利用第二阶段课程学到的HDL基本语法可完成大部分的FPGA功能，但相对复杂的FPGA系统设计中，如能够合理应用Verilog HDL的高级语法结构，可达到事半功倍的效果。通过第三天课程的学习，学员可掌握任务（TASK），函数（FUNCTION）和有限状态机（FSM）的设计方法，可更好的掌握FPGA的设计技术。此外，本节课程还介绍了QuartusII软件的两个常用的高级工具－SignalTAP，可提高FPGA设计和调试的效率。
阶段课程
(2天)		 1. TASK和FUNCTION语句的应用场合
2. Verilog HDL高级语法结构－任务（TASK）
3. Verilog HDL高级语法结构－任务（FUNCTION）
4. 有限状态机(FSM)的设计原理及其代码风格 5. 逻辑综合的原则以及可综合的代码设计风格
6. SignalTap II在线逻辑分析仪使用方法
7. FPGA编程思想梳理和升华
8. 焊接技巧板卡调试流程讲座
9. 自制板卡焊接调试
10. 项目软件编写
11. 项目软硬件调试
12. 用FPGA制作mcu系统 13 总结报告
阶段目标 随着FPGA芯片的性能和密度不断提高, 基于FPGA的SOPC系统正在逐渐成熟并且在很多领域得到了应用。第四阶段课程主要给学员介绍Altera公司基于NIOSII软核的SoPC系统设计流程和方法。通过硬件开发板上的SoPC系统设计实验，学员能够体会SoPC技术给系统设计带来的灵活性。最后通过FPGA综合设计实验，学员完成对四天学习内容的回顾和总结。
阶段课程
(3天)		 1. 基于FPGA系统组成原理和典型方案
2. Altera公司的解决方案
3. FPGA的编程思想的总结
4. FPGA硬件开发的思路
5. FPGA调试方法 		6. SOPC 开发思路和技巧
7. NIOS开发流程和技巧
8. SOPC Build CPU软核的搭建
9. NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合使用案例
实战五 训练课题：“NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合使用”
实验要点：
1.1 SOPC调试方法
1.2 SOPC软件开发流程
1.3 NIOS+SOPC Builder+Quartus的联合开发实验
实战六 训练课题：“SOPC 软核综合设计实验”
实验要点：
2.1 复杂软核的构建
2.2 复杂软核的Nios编程
2.3 软核组织和裁剪

课程目标

本课程主要针对具备一定基础的学员，帮助学员快速提高技能，使之能够运用高级技巧快速自主地设计复杂FPGA系统或者FPGA和DSP协同工作的系统。

培训对象

具备一年左右的FPGA系统或者硬件系统开发设计经验的工程师，或者具有一定基础的电子类专业的大学生和研究生。

嵌入式FPGA课程紧跟企业用人需求，全部企业级实战案例驱动教学

实战设计思路及极速提升学员能力才是友道FPGA课程核心

阶段目标
(2天)		 1. 三个设计基本原则，包括面积和速度的平衡互换原则，硬件可实现原则和同步设计原则
2. 掌握PS2协议，掌握时钟线和数据线是如何控制数据的读写的
3. FPGA设计仿真验证的原理和方法
4. ModelSim SE仿真验证技巧
5. 仿真测试文件（Testbench）的设计方法
6. 异步SRAM的操作时序
实战一 训练课题：“ModelSim软件的使用”
实验要点：
1.1 ModelSim软件工程创建
1.2 ModelSim软件进行仿真
1.3 测试文件（Testbench）的设计方法
    
实战二 训练课题：“异步SRAM存储器读写操作”
实验要点：
2.1 SRAM存储器的操作时序设计
2.2 复杂硬件开发的思想方法 		   
阶段目标 介绍AD/DA、RS232接口、数字信号处理的基本概念，对数模、模数转化、串口通讯、数字信号处理的解决方案进行分析和对比，重点讲述常用MCU处理器、数字信号处理模块的FPGA实现，通过硬件描述语言对这些模块的描述和验证，帮助学员加深对算法硬件实现的认识。
阶段课程
(5天)		 1.AD/DA转换器接口设计
1.1 选择正确的时钟采样边沿
1.2 选择适合的同步头检测方法
1.3 选择有效的缓存策略
2.利用FPGA实现RS-232C串行接口
2.1 RS-232C接口通讯原理和相关电气标准
2.2 RS-232C的通讯协议的要点
2.3 TxD,RxD是怎样控制数据传输的
2.4 RS-232C接口的原理图剖析
2.5 软件和硬件握手的相关概念 		2.利用FPGA实现RS-232C串行接口
2.1 RS-232C接口通讯原理和相关电气标准
2.2 RS-232C的通讯协议的要点
2.3 TxD,RxD是怎样控制数据传输的
2.4 RS-232C接口的原理图剖析
2.5 软件和硬件握手的相关概念 		3.2.4 四通道PWM信号发生器接口模块设计
3.2.5 李萨如图波形发生器扩展模块设计
3.3 基于单片机核的FPGA片上系统设计
3.3.1 单片机扩展串进并出/并进串出模块的SOC设计
3.3.2 扩展SRAM模块的片上系统设计
3.3.3扩展移相信号发生器模块的片上系统设计
4. FPGA和DSP处理器联合应用的领域，视频、图像、人脸识别，指纹识别的等领域的现状及发展前景。
5. HPI接口的分析，以及FPGA如何利用HPI接口对DSP进行控制。
6. 详细剖析DSP进行图像处理的关键技术（图像编码解码技术，图像处理的相关算法）
7. 案例分析：高清视频处理系统之图像阈值变换算法，及其达到的效果
实战三 训练课题：“RS232C接口和PC主机的双向传输实验”
实验要点：
1.1 掌握RxD,TxD怎样控制数据传输的
1.2 掌握RS232C通讯原理、设计实现和硬件握手和软件握手的概念
1.3 通过RS232接口，FPGA向PC主机发送字符串， PC主机向FPGA发送数据，并使数据显示在数码管上。
实战四 训练课题：“AD数据采集系统设计”
实验要点：
2.1 AD转换器与FPGA接口设计
2.2 片上双口RAM的乒乓缓存
2.3 FPGA与PC的通信
实战五 训练课题：“视频图像采集实验”
实验要点：
3.1 掌握编码解码芯片的工作原理
3.2 掌握视频图像处理解决方案，所要用到的接口、器件和原理
3.3 DSP进行视频图像处理的流程。
实战六 训练课题：“视频图像处理的相关算法之一----图像反色实验”
实验要点：
4.1 了解图像反色的原理和应用领域
4.2 了解图像反色的相关算法
实战七 训练课题：“视频图像处理的相关算法之二----图像阈值变换实验”
实验要点：
5.1 了解图像阈值变换的原理和应用领域
5.2 了解图像阈值变换的相关算法
阶段目标
(1天)		 学员可以快速掌握基于FPGA的PS2键盘接口的设计、键盘鼠标协议解析、键盘扫描码种类方式、USB协议介绍及开发，并且发现排除PS2、USB相关产品开发过程中的常见问题，设计和调试方法。
实战八 训练课题：“PS2接口键盘、鼠标实验”
实验要点：
2.1 ModelSim SE软件操作技巧演练
2.2 PS2接口操作时序设计
2.3 基于模型的系统仿真方法
实战九 训练课题：“USB读取数据实验”
实验要点：
2.1 USB读写方法
2.2 USB硬件系统设计
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用友集团高级嵌入式系统工程师，友道集团嵌入式特级讲师，北京邮电大学硕士，悉尼科技大学博士，嵌入式系统工程师，物联网开发工程师，自动化研发，数据分析，策略分析，5G网络分析，参与过Oracle, Intel, SAS等世界500强企业项目。

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用友集团高级工程师，友道教育集团资深高级硬件工程师。西北师范大学硕士，精通嵌入式单片机、嵌入式ARM等多种处理器，具有多年嵌入式硬件产品开发经验，参与完成立体车库设计、智能停车场设计等多个项目 。

王老师
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河北科技大学本科，现为清电(北京)智慧能源研究院高级研发工程师，曾与施耐德、开利等世界 500 强企业合作开发。具备丰富的硬件设计、软件编程经验。负责开发过国家电网智能监测系统、热计量系统、BA系统（Building Automation System-RTU）等，涉及工业自动化控制（BACnet）、无线网络互联、4G通讯等众多领域。

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用友集团嵌入式高级工程师，友道金牌老师，丰富的嵌入式人才培养经验；具有丰富的嵌入式系统、软件开发经验；精通Unix/Linux操作系统下的C语言编程；熟悉嵌入式Linux应用开发及系统开发；精通Java语言编程，熟悉Android系统下应用程序开发；有丰富的开发和培训经验，讲解耐心、细致，有责任心，有激情

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用友集团嵌入式高级工程师，友道金牌老师，北航硕士；嵌入式系统，Android系统培训专家；精通Unix/Linux系统定制及应用开发；精通Java语言,Android系统定制及应用开发；精通Linux下的驱动开发；丰富的项目实战经验，成功培训上千名嵌入式人才。

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严格按企业级FPGA项目进行实战开发

基于NIOS+SOPC软核AD数据采集板

实验要点：
1. AD模数转化原理
2. 基于NIOS+SOPC核处理8路AD并行无延时数据分析程
3. 复杂软核的构建
4. 复杂软核的Nios编程
5. 软核组织和裁剪

基于SOPC系统1553b通讯板卡

实验要点：
1.1553b总线协议原理及数据内容解析
2.基于SOPC 软核置pci9054完成cpci数据传输逻辑
3.复杂软核的构建
4.复杂软核的Nios编程
5 软核组织和裁剪

梯度状态显示器

实验要点：
1. Quartus II软件操作
2. 时序逻辑电路设计实现
3. 分频原理和实现方法

智能交通信号引导灯

实验要点：
1. Quartus II工程创建及属性设置
2. Quartus II源文件设计输入方式
3. Quartus II约束设计
4. Quartus II工程编译
5. Quartus II功能仿真
6. Quartus II时序仿真

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