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  • FPGA入门

    千人学习 2018-10-04 00:28:27
    本课程向大家介绍FPGA的基本概念和功能,并结合实际操作讲解实现原理和操作步骤,讲师也会带着大家演示一个实验。
  • FPGA 入门

    千次阅读 2007-08-23 14:32:00
    何为FPGA?现场可编程门阵列(FPGA)是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块(CLB)矩阵的可编程半导体器件。 与为特殊设计而定制的专用集成电路(ASIC)相对,FPGA可以针对所需的应用或功能要求进行编程。 虽然...

    何为FPGA?

    现场可编程门阵列(FPGA)是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块(CLB)矩阵的可编程半导体器件。 与为特殊设计而定制的专用集成电路(ASIC)相对,FPGA可以针对所需的应用或功能要求进行编程。

    虽然具有一次性可编程(OTP)FPGA,但是主要是基于SRAM的,其可随着设计的演化进行重编程。

    将光标移至下图中用蓝色突出的部分上,查看更多详情。

    CLB详情

    可配置逻辑块是FPGA内的基本逻辑单元。 实际数量和特性会依器件的不同而不同,但是每个CLB都包含一个由4或6个输入、一些选型电路(多路复用器等)和触发器组成的可配置开关矩阵。 开关矩阵是高度灵活的,可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。 高级CLB简介如这里所示。 相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。

    DCM详情

    业内大多数FPGA均提供数字时钟管理(Xilinx的全部FPGA均具有这种特性)。数字时钟管理几乎消除了过去设计者在将全局信号设计到FPGA中时不得不面对的歪斜和其它问题。

    IOB详情

    当今的FPGA支持很多I/O标准,这样就为您的系统提供了理想的接口连接。 FPGA内的I/O按组分类(见下图),每组都能够独立的支持不同的I/O标准。 当今领先的FPGA提供了很多I/O组,这样就实现了I/O支持的灵活性。

    IOB组

    图1

    FPGA结构图

    FPGA的一般特性

    当今的FPGA已经远远超出了先前版本的基本性能,并且整合了常用功能(如RAM、时钟管理和DSP)的硬(ASIC型)块。  FPGA内的基本元件如下所示。

    可配置逻辑块(CLB)

    CLB是FPGA内的基本逻辑单元。 实际数量和特性会依器件的不同而不同,但是每个CLB都包含一个由4或6个输入、一些选型电路(多路复用器等)和触发器组成的可配置开关矩阵。 开关矩阵是高度灵活的,可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。 相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。

    互连

    CLB提供了逻辑性能,灵活的互联布线在CLB和I/O之间发送信号。 有几种布线方法,从专门实现CLB互联的到快速水平和垂直长线,再到实现时钟与其它全局信号的低歪斜发送的器件。 除非特别规定,设计软件使得互联布线任务从用户眼前消失,这样就极大地降低了设计复杂度。

    SelectIO(IOB)

    当今的FPGA支持很多I/O标准,这样就为您的系统提供了理想的接口连接。 FPGA内的I/O按组分类,每组都能够独立的支持不同的I/O标准。 当今领先的FPGA提供了很多I/O组,这样就实现了I/O支持的灵活性。

    存储器

    大多数FPGA均提供嵌入式Block RAM存储器,这可以在您的设计中实现片上存储器。 这可以为您的设计实现片上存储器。 Xilinx FPGA在36 kbit块中提供高达10 Mbits的片上存储器,可以支持真正的双端口操作。

    完整的时钟管理

    业内大多数FPGA均提供数字时钟管理(Xilinx的全部FPGA均具有这种特性)。 Xilinx推出的最先进的FPGA提供数字时钟管理和相位环路锁定。相位环路锁定能够提供精确的时钟综合,且能够降低抖动,并能够实现过滤功能。

    FPGA解决方案、应用和应用方案

    由于具有可编程特性,所以FPGA是众多市场的理想之选。 作为行业领袖,Xilinx为各类市场和应用提供了全面的解决方案,包括FPGA器件,先进软件和可配置的现成IP核。

    应用方案

    • 航天和军用
      用于图像处理、波形发生和SDR部分重配置的抗辐射FPGA与知识产权。
    • 汽车
      用于实现网关和驱动辅助系统、舒适、方便和车内信息娱乐的汽车芯片与IP解决方案。
    • 广播
      在视频和音频被广泛采用(从演播室到生产与传输,再到消费类)的同时,该解决方案也实现了一系列广播链任务。
    • 消费类
      成本效益型解决方案实现了新一代功能齐全的消费类应用,如智能手机、数字平板显示器、信息家电、家庭网络和住宅机顶盒。
    • 工业/科学/医疗
      工业解决方案可以解决工业自动化、电机控制和高端医疗成像领域中的特殊市场需求和挑战。
    • 存储器和服务器
      针对网络附加存储(NAS)、存储区域网络(SAN)、服务器、存储设备等的数据处理解决方案。
    • 无线通信
      RF、基带、连接功能、用于无线设备的传输和网络解决方案、寻址标准(如WCDMA、HSDPA、WiMAX及其他)。
    • 有线通信
      针对可重编程网络线卡包处理、成帧器/MAC、串行背板等的端到端解决方案

    技术解决方案

    • DSP
      Xilinx的XtremeDSP™创新技术可以帮助您开发针对航天和军用产品、数字通信、多媒体、视频和成像行业的高性能定制DSP解决方案。
    • 嵌入式处理
      Xilinx为您独特的嵌入式应用提供了创新、灵活的处理解决方案。 
    展开全文
  • FPGA入门学习路线.pdf

    2021-02-27 20:59:34
    FPGA入门学习路线.pdf
  • FPGA入门指引

    2020-09-26 12:39:06
    很久没更新了,今天不谈FPGA器件特性,...首先国际惯例,先上一张FPGA入门的思维导图 FPGA入门思维导图 一、Verilog 1.理解input、output、 wire、 reg、inout、parameter 这些声明在代码中的作用。 input ,.

    很久没更新了,今天不谈FPGA器件特性,出一篇对广大初学者们友好点的入门指引。

    首先强调一点,

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    重要的事情说三遍

    首先国际惯例,先上一张FPGA入门的思维导图

    FPGA入门思维导图

     

    一、Verilog

    1.理解input、output、 wire、 reg、inout、parameter 这些声明在代码中的作用。

    • input ,output,inout看名字就知道它的意思 (inout仿真的时候要用个信号决定他是输入还是输出)。

    • wire , reg就是决定verilog 是硬件描述语言最最重要的两个点,务必上网去搜他们的含义。

    • parameter 、localparameter 最终的目的就是让自己的代码参数化,并且更具有通用性。从模块复用的角度来看,本人还是强推用parameter而不是define。

    2.理解组合逻辑,时序逻辑

    • 组合逻辑就是 与 或 非 等操作,与时钟无关。如:~ ! ^ & + - * / ;

    • 时序逻辑就是将数据打一拍,与时钟相关。

    • 初学者要深入去理解时钟和复位!!!!

    
     
    
     

    assign a = b & c ; //组合逻辑

    /

    always@(posedge clk) a_dly <= a ; //时序逻辑

    always@(posedge clk) a <= b & c ; //时序逻辑与组合逻辑混合 。 // b & c 是组合逻辑操作 , //将其得到得结果打一拍传给a ,这就是时序逻辑操作。

    3.理解generator , task , function。让自己的代码更简洁 并且 更具有可移植性。

    4.学习书上的模块代码,多看多写。只看不写很多时候都是,噢~脑子会告诉你你学会了,但双手一碰键盘,啥都写不出来。 推荐大家在写的过程中尽可能联想到1 、2 、3点的内容。

    二、仿真

    仿真分为多个阶段,不同阶段所关注的事务也不同 。这里我主要讲的是行为级仿真,以及综合后的仿真。

    1.看波形,主要看关键输出波形与自己的预期是否相符,在行为级仿真阶段不符的化就要回去修改下代码,修改到它与自己预期相符为止。

    2.看日志,调网表。看日志主要是针对行为级仿真ok,但综合后的仿真不ok的情况。这种情况主要是资源被EDA软件在综合过程中优化掉所造成的,通常日志和网表中就会指出哪些资源被优化掉。对于被优化掉的资源,我们可以通过keep 或者 修改综合策略来将其保留。

    3.写测试用例,在关键信号较多的情况下,单单看波形会让你“眼花缭乱”。这时候我们就需要写代码,让仿真软件自己去比对输出信号与自己的预期是否相符,而不是人为的一个个去看。当然,大公司里一般都是对测试用例有严格要求~,个人玩家嘛,满足自己需求就好。

    三、协议(多看手册!多看手册!多看手册!)

    现在的模块,为了让设计更加通用,让更多的开发者快速上手调用。几乎都是按照各种各样的标准协议来做,所以协议的学习是FPGA学习不可或缺的一部分。在协议学习过程中,我们要学会看时序图,掌握各种协议间套路(找出不同的协议间都有哪些共性)。

    1.对于UART I2C SPI这些非常常用却又很基础的协议。初学者必须要做到不看参考代码,只看时序图和信号介绍手敲一遍驱动代码,仿真代码,这样才能让你快速吸收这些协议中的内容。

    2.对于PLL RAM FIFO 这些基本的IP,我们需要熟练掌握其使用技巧。

    3.学会使用APB、AXI。很多FPGA厂家的IP应用层都是将它封装成AXI这种形式,如果单纯的应用开发的话,学会这AXI几乎可以做到一招鲜,吃遍天。

    4.根据自己的需求

    • 如果只是为了用某个协议,你只需掌握所要使用协议的基本知识,并学会调用该协议IP的方法。

    • 如果要开发某个协议的模块,那你就得死磕协议specification的内容,设计好框架再去手撕代码了。

    • 如果连需求都不知道的,打开各大招聘网站,搜索FPGA工程师,看看大厂JD里面与所需掌握协议相关的内容,有针对性的学习就对了。

    5.多看厂家example design,模仿厂家代码的风格,让自己的设计更加的通用。

    四、后端

    1.深入掌握EDA软件使用方法,懂的如何去选择符合自己设计需求的综合、实现策略。

    2.学会看综合 、实现后的 Schematic,Chip View,Utilization的结果,并根据结果去优化自己的设计。

    3.学会看时序报告,分析时序路径,写时序约束。这一点非常重要,内容也非常多,推荐去看 知乎@猫叔 FPGA Times相关的文章,写的很不错。


    写这篇文章主要是针对偏向于应用的入门者!

    如果想在FPGA这条路上一条道走到黑的话,欢迎关注我的FPGA从入门到精通专栏!

    最近加班有点多,更的特别慢,各位客官大老爷抱歉啦~

     

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  • FPGA入门教程.pdf

    2020-04-14 21:48:47
    FPGA入门教程,简单粗暴的入门教程,包括6个部分: (2)QuartusⅡ设计实例 (3)数字电路设计入门 (4)RTL设计 (5)ModelSim和Testbench (6)FPGA开发流程
  • FPGA入门资料7本合集

    2019-02-20 15:31:25
    FPGA 入门资料 7本合集 1.深入浅出玩转FPGA_吴厚航 2.FPGA开发全攻略(上) 3.FPGA开发全攻略(下) 4.FPGA应用开发入门与...6.写给小白们的FPGA入门设计实验 7.FPGA数字信号处理设计教程-system generator入门与提高
  • FPGA入门例程 moduletest.rar
  • FPGA入门1

    2016-01-21 20:23:00
    FPGA入门知识介绍 近几年来,由于现场可编程门阵列(FPGA)的使用非常灵活,又可以无限次的编程,已受到越来越多的电子编程者的喜爱,很多朋友都想学习一些FPGA入门知识准备进行这个行业,现在关于FPGA入门知识...

    FPGA入门知识介绍


      

    近几年来,由于现场可编程门阵列(FPGA)的使用非常灵活,又可以无限次的编程,已受到越来越多的电子编程者的喜爱,很多朋友都想学习一些FPGA入门知识准备进行这个行业,现在关于FPGA入门知识的书籍、论坛、教程等种类繁多各式各样。下面笔者也通过搜寻一些关于FPGA入门知识的资料供大家学习和参考。

    FPGA入门知识首先要从FPGA的定义开始,什么是FPGA呢,有什么作用这些都是基本需要了解的东西。FPGA是可编程器件,目前以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。

    FPGA入门知识还应该包含FPGA工作原理、FPGA的基本特点、FPGA芯片结构等基础的知识,下面小编从以下几个方面来对FPGA入门知识进行简单的介绍。

    FPGA工作原理

    FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端,触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能, 加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。

    FPGA的基本特点

    1)采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路),用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。

    2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

    3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

    4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

    5) FPGA采用高速CMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。

    可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

    FPGA芯片结构

    11.jpg

    目前主流的FPGA仍是基于查找表技术的,已经远远超出了先前版本的基本性能,并且整合了常用功能(如RAM、时钟管理和DSP)的硬核(ASIC型)模块。FPGA芯片主要由7部分完成,分别为:可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。

    1. 可编程输入输出单元(IOB)

      可编程输入/输出单元简称I/O单元,是芯片与外界电路的接口部分,完成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求。为了便于管理和适应多种电器标准,FPGA的IOB被划分为若干个组(bank),每个bank的接口标准由其接口电压VCCO决定,一个bank只能有 一种VCCO,但不同bank的VCCO可以不同。只有相同电气标准的端口才能连接在一起,VCCO电压相同是接口标准的基本条件。

     

    I/O块内部结构图

     

    I/O块内部结构图

    22.jpg

    典型的IOB内部结构示意图

    2. 可配置逻辑块(CLB)

    CLB是FPGA内的基本逻辑单元。CLB的实际数量和特性会依器件的不同而不同,但是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵,此矩阵由4或6个输入、一些 选型电路(多路复用器等)和触发器组成。开关矩阵是高度灵活的,可以对其进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。

    4. 嵌入式块RAM(BRAM)

    大多数FPGA都具有内嵌的块RAM,这大大拓展了FPGA的应用范围和灵活性。块RAM可被配置为单端口RAM、双端口RAM、内容地址存储器 (CAM)以及FIFO等常用存储结构。CAM存储器在其内部的每个存储单元中都有一个比较逻辑,写入 CAM中的数据会和内部的每一个数据进行比较,并返回与端口数据相同的所有数据的地址,因而在路由的地址交换器中有广泛的应用。除了块RAM,还可以将 FPGA中的LUT灵活地配置成RAM、ROM和FIFO等结构。在实际应用中,芯片内部块RAM的数量也是选择芯片的一个重要因素。

    5. 丰富的布线资源

    布线资源连通FPGA内部的所有单元,而连线的长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。FPGA芯片内部有着丰富的布线资源,根据工艺、长度、宽度和分布位置的不同而划分为4类不同的类别。第一类是全局布线资源,用于芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线;第二类是长线资源,用以完成芯片 Bank间的高速信号和第二全局时钟信号的布线;第三类是短线资源,用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线;第四类是分布式的布线资源,用于专有时钟、复位等控制信号线。

    在实际中设计者不需要直接选择布线资源,布局布线器可自动地根据输入逻辑网表的拓扑结构和约束条件选择布线资源来连通各个模块单元。从本质上讲,布线资源的使用方法和设计的结果有密切、直接的关系。

    6. 底层内嵌功能单元

    内嵌功能模块主要指DLL(Delay Locked Loop)、PLL(Phase Locked Loop)、DSP和CPU等软处理核。现在越来越丰富的内嵌功能单元,使得单片FPGA成为了系统级的设计工具,使其具备了软硬件联合设计的能力,逐步向SOC平台过渡。

    DLL和PLL具有类似的功能,可以完成时钟高精度、低抖动的倍频和分频,以及占空比调整和移相等功能。

    7. 内嵌专用硬核

      内嵌专用硬核是相对底层嵌入的软核而言的,指FPGA处理能力强大的硬核(Hard Core),等效于ASIC电路。为了提高FPGA性能,芯片生产商在芯片内部集成了一些专用的硬核。例如:为了提高FPGA的乘法速度,主流的FPGA 中都集成了专用乘法器;为了适用通信总线与接口标准,很多高端的FPGA内部都集成了串并收发器(SERDES),可以达到数十Gbps的收发速度。

    结束语

    了解现场可编程门阵列(FPGA)的一些基本知识对于想要开发和编程用户是十分必要的。本文主要是针对初级的FPGA爱好者对 FPGA入门知识进行简单的总结,FPGA入门需要了解FPGA的工作原理、基本特点、以及FPGA芯片的构成和功能模块等各个方面。希望通过阅读笔者的这篇FPGA入门知识介绍文章可以对想要了解FPGA的您有所帮助。

    转载于:https://www.cnblogs.com/584709796-qq-com/p/5149472.html

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  • 很久没更新了,今天不谈FPGA器件特性,出一篇对广大初学者们友好点的入门指引。...重要的事情说三遍首先国际惯例,先上一张FPGA入门的思维导图FPGA入门思维导图一、Verilog1.理解input、output、 wire、 reg、inout...

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    很久没更新了,今天不谈FPGA器件特性,出一篇对广大初学者们友好点的入门指引。

    首先强调一点,

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    初学FPGA不需要买开发板!但必须要会仿真调试!

    重要的事情说三遍

    首先国际惯例,先上一张FPGA入门的思维导图

    cc3a7a404c5414b5dec0a4c96e6db044.png
    FPGA入门思维导图

    一、Verilog

    1.理解input、output、 wire、 reg、inout、parameter 这些声明在代码中的作用。

    • input ,output,inout看名字就知道它的意思 (inout仿真的时候要用个信号决定他是输入还是输出)。
    • wire , reg就是决定verilog 是硬件描述语言最最重要的两个点,务必上网去搜他们的含义。
    • parameter 、localparameter 最终的目的就是让自己的代码参数化,并且更具有通用性。从模块复用的角度来看,本人还是强推用parameter而不是define。

    2.理解组合逻辑,时序逻辑

    • 组合逻辑就是 与 或 非 等操作,与时钟无关。如:~ ! ^ & + - * / ;
    • 时序逻辑就是将数据打一拍,与时钟相关。
    • 初学者要深入去理解时钟和复位!!!!
    assign a = b & c ; //组合逻辑
    
    /
    always@(posedge clk)
        a_dly <= a  ; //时序逻辑
    
    always@(posedge clk)
        a <=  b & c  ; //时序逻辑与组合逻辑混合 。
                       // b & c 是组合逻辑操作 , 
                       //将其得到得结果打一拍传给a ,这就是时序逻辑操作。
    

    3.理解generator , task , function。让自己的代码更简洁 并且 更具有可移植性。

    4.学习书上的模块代码,多看多写。只看不写很多时候都是,噢~脑子会告诉你你学会了,但双手一碰键盘,啥都写不出来。 推荐大家在写的过程中尽可能联想到1 、2 、3点的内容。

    二、仿真

    仿真分为多个阶段,不同阶段所关注的事务也不同 。这里我主要讲的是行为级仿真,以及综合后的仿真

    1.看波形,主要看关键输出波形与自己的预期是否相符,在行为级仿真阶段不符的化就要回去修改下代码,修改到它与自己预期相符为止。

    2.看日志,调网表。看日志主要是针对行为级仿真ok,但综合后的仿真不ok的情况。这种情况主要是资源被EDA软件在综合过程中优化掉所造成的,通常日志和网表中就会指出哪些资源被优化掉。对于被优化掉的资源,我们可以通过keep 或者 修改综合策略来将其保留。

    3.写测试用例,在关键信号较多的情况下,单单看波形会让你“眼花缭乱”。这时候我们就需要写代码,让仿真软件自己去比对输出信号与自己的预期是否相符,而不是人为的一个个去看。当然,大公司里一般都是对测试用例有严格要求~,个人玩家嘛,满足自己需求就好。

    三、协议(多看手册!多看手册!多看手册!)

    现在的模块,为了让设计更加通用,让更多的开发者快速上手调用。几乎都是按照各种各样的标准协议来做,所以协议的学习是FPGA学习不可或缺的一部分。在协议学习过程中,我们要学会看时序图,掌握各种协议间套路(找出不同的协议间都有哪些共性)。

    1.对于UART I2C SPI这些非常常用却又很基础的协议。初学者必须要做到不看参考代码,只看时序图和信号介绍手敲一遍驱动代码,仿真代码,这样才能让你快速吸收这些协议中的内容。

    2.对于PLL RAM FIFO 这些基本的IP,我们需要熟练掌握其使用技巧。

    3.学会使用APB、AXI。很多FPGA厂家的IP应用层都是将它封装成AXI这种形式,如果单纯的应用开发的话,学会这AXI几乎可以做到一招鲜,吃遍天。

    4.根据自己的需求

    • 如果只是为了用某个协议,你只需掌握所要使用协议的基本知识,并学会调用该协议IP的方法。
    • 如果要开发某个协议的模块,那你就得死磕协议specification的内容,设计好框架再去手撕代码了。
    • 如果连需求都不知道的,打开各大招聘网站,搜索FPGA工程师,看看大厂JD里面与所需掌握协议相关的内容,有针对性的学习就对了。

    5.多看厂家example design,模仿厂家代码的风格,让自己的设计更加的通用。

    四、后端

    1.深入掌握EDA软件使用方法,懂的如何去选择符合自己设计需求的综合、实现策略。

    2.学会看综合 、实现后的 Schematic,Chip View,Utilization的结果,并根据结果去优化自己的设计。

    3.学会看时序报告,分析时序路径,写时序约束。这一点非常重要,内容也非常多,推荐去看 知乎@猫叔 FPGA Times相关的文章,写的很不错。


    写这篇文章主要是针对偏向于应用的入门者

    如果想在FPGA这条路上一条道走到黑的话,欢迎关注我的FPGA从入门到精通专栏!

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    最近加班有点多,更的特别慢,各位客官大老爷抱歉啦~

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    2018-11-10 10:16:17
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空空如也

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