对于从事FPGA行业的人来说,需要掌握哪些知识

近两年FPGA行业持续火热,不少同学想要转行,却不知道该如何下手,需要学习哪些基础知识。下面就来看看资深工程师怎么说:

随着应用场景的拓展,FPGA的能力也在不断演进。从传统的通信、图像处理,到如今热门的人工智能边缘计算、车载系统等,FPGA因其灵活可编程的特性,在多个行业中站稳脚跟。

不论你未来想做7系列、UltraScale还是Versal,基础能力的扎实与否,决定了你能走多远。比如时序分析、资源利用率优化,这些基本功不因器件制程进化而有所改变。

再比如你做一个基于ZYNQ的系统,或是使用Intel的Stratix系列进行高速数据采集,背后的知识框架其实大同小异,关键在于你是否理解得够深、是否能根据项目做出调整。

作为一个过来人,建议大家打好技术基础:RTL设计、时序分析、硬件架构理解,尤其是熟悉Vivado、Quartus这类开发工具。将来你做不管是AI推理、视频处理还是工业控制,底层逻辑设计和资源调度的思维是不会变的。


那么各岗位需要学习哪些知识呢?

FPGA前端设计工程师

  1. 熟悉数字电路设计

  2. 熟练掌握Verilog或VHDL

  3. 熟悉常用时序约束(SDC/XDC)

  4. 熟悉FIFO、异步跨时钟域设计

  5. 熟悉Vivado、Quartus等开发工具的使用

  6. 熟悉脚本语言如Tcl、Python,用于设计自动化

  7. 熟悉常见总线协议(AXI、APB、SPI、I2C等)

  8. 熟悉嵌入式软硬件协同开发,ZYNQ或Nios II平台优先

  9. 熟悉芯片资源如BRAM、DSP、LUT的使用和优化

  10. 有较强的debug能力,能通过ILA、SignalTap等工具进行调试

  11. 具备一定的C语言或嵌入式软件开发基础

入门者应重点掌握以下能力:

  • 扎实的Verilog功底:Verilog是FPGA设计的基石,掌握语法只是第一步,写出高效、可综合的代码才是核心。

  • 调试与定位能力:利用仿真工具如ModelSim、Vivado Simulator进行问题复现与定位,是衡量一个工程师成熟度的重要标准。

  • 协议与架构的理解:FPGA常用于高速通信、边缘AI等场景,了解AXI、PCIe、以太网协议栈,以及对应的处理架构将帮助你更好地理解系统级设计。

  • 项目实战经验:前端设计不单是代码实现,更包含模块划分、资源评估、时序约束、仿真验证等多个环节。掌握项目全流程,是走向中高级工程师的关键。


FPGA验证方向(集成在设计环节中)

相较于ASIC领域中独立的验证工程师,FPGA开发强调前端设计与验证一体化。验证手段更注重仿真与板级调试相结合。

建议掌握以下技能:

  • 熟悉ModelSim、Vivado Simulator等仿真工具

  • 掌握Testbench编写方法

  • 学会使用ILA、VIO等片上调试工具

  • 了解断言和覆盖率的基本概念

  • 掌握Python等脚本语言,辅助验证自动化

由于FPGA的设计流程常常闭环较短,验证任务通常由设计工程师承担。因此,更强调"设计即验证"的能力要求。


FPGA后端与系统集成工程师

虽然不像IC后端那样涉及布图和版图,但FPGA开发也有自己的"后端"阶段,主要集中在资源优化、约束管理、时序收敛、板级调试等方面。

推荐掌握以下能力:

  • 熟悉FPGA资源(LUT、FF、BRAM、DSP等)使用与分布

  • 能制定合理的布局规划(Floorplan)

  • 熟悉时钟规划、MMCM/PLL配置

  • 掌握XDC/SDC约束文件的编写

  • 熟悉Bitstream生成流程

  • 掌握板级接口调试经验,如JTAG、USB、千兆网等

此外,系统集成能力越来越重要,尤其是在复杂设计中,需要将多个IP核(Xilinx IP、第三方IP、自定义模块)整合在一个平台上,需要具备模块化设计、接口一致性、协同验证等经验。


模拟接口与高速信号调试

虽然FPGA主要处理数字信号,但很多应用都涉及模拟接口,例如ADC/DAC、视频信号采集、射频前端控制等。

建议掌握以下知识点:

  • 熟悉LVDS、差分信号、高速串行通信原理

  • 掌握Signal Integrity/Power Integrity的基本理论

  • 了解板级走线规则,如阻抗匹配、等长线设计

  • 会使用示波器、逻辑分析仪、频谱仪等工具进行板级信号调试

  • 有EMC/EMI基础


项目经验的重要性

从2022年以来,无论校招还是社招,企业对项目经验的重视程度明显提升。做过项目与没做过项目,在面试中的表现截然不同。

建议:

  • 尽可能参与企业级项目,哪怕是小模块的实现或验证

  • 主动寻找开源项目进行实战锻炼,如LiteX、OpenCores平台上的IP开发与集成

  • 学会写项目文档,总结设计思路、难点与优化方法

  • 在简历中详细写清楚项目背景、职责和成果


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