使用FPGA学数电不再需要安装软件了

使用FPGA学数电不再需要安装软件， 真的么？

当然是真的，听我细细道来。。。。

数字电路是一门非常基础的课程，核心是“数字”、“逻辑”、“电路”，充斥着各种烧脑的新概念和理论知识，但又是各种现代电子设备的基石，实用性非常强，因此与理论学习同步进行的动手实操体验，是学好数字电路的最佳方式。

而最佳的体验工具自然是、也只能是FPGA - 现场可编程逻辑门阵列，它就像数字领域的万能积木，可以允许用户通过画图（已经被淘汰）或写代码（采用更符合我们逻辑思维方式的编程语言）对其硬件功能实现任意自定义的半成品电路，同样一颗 FPGA 芯片既可以被定义成简单的运算电路，也可以被定义为复杂的集成电路用于实现特定功能，这完全得益于其独特的内部构造，FPGA具有非常大的可塑性。

如下图所示，一个 FPGA 通常由3个主要的部分组成：可编程逻辑单元 CLB，开关矩阵 SM和I/O 模块IOB。其中，可编程逻辑单元的本质就是一个可以通过其内部储存的查找表 LUT 来实现任意逻辑功能的模块，而实现任意逻辑功能定义的工具被称为硬件描述语言 HDL（最常用的为Verilog）。当电路的功能被定义之后，开关矩阵可以定义自行控制各个可编程逻辑单元之间的连接方式，进而实现指定的逻辑功能。最终，FPGA与外界电路的交互可以通过I/O 模块实现。

那问题来了：

1 要学习数字电路，需要什么级别的FPGA呢？

科技发展到今天，现在市面上的任何一款被称之为FPGA的芯片，满足数字电路的教学实践使用都绰绰有余，毕竟教学实验中用到的功能非常有限，还在学习基础理论路上的菜鸟用不了多少资源，这些产品级的FPGA器件无论其功能还是性能都远超我们教学的需要，所以，可以忽略对这个因素的考虑。

2 要体验数字电路书本上的各种理论知识，FPGA学习板上需要哪些功能外设？

无论是组合逻辑、时序逻辑还是数字系统，无外乎都是“基于多个输入参量通过各种数字逻辑的执行，得到不同的输出参量”，输入参量和输出参量的表达方式有很多种，而最简单、最直观的也就是：

输入 - 用按键和开关，多个按键和开关就可以体现组合逻辑的“因”；

输出 - 用LED（数码管本质上也是LED），多个LED可以表达组合逻辑不同的“果”；

板上自带的时钟，自然就能够提供时序逻辑和状态转换的根本驱动力。

因此，针对数字电路/数字逻辑乃至数字系统的教学实验，几个按键 + 几个LED + 时钟的组合就已经足够。更多的功能比如视频、网络、USB等等对于数电这门课程的作用也只是锦上添花，并不是必须，多数情况是为了让板子看起来更值钱。

3 抛开那些花里胡哨，花钱买头晕的外设之外，选用FPGA学习平台最重要的因素是什么呢？ 那自然是：

人人都能一学就会 - 毕竟它只是个加强理论理解的实验工具，学生应该把90%的精力用在用它体验、验证书本上的逻辑知识上，而不应该花大量的时间来琢磨该工具自身如何用起来（很多开发板的工具即便带实验的老师也都搞不定，学生自然也就用不起来），不用专门学习就能使用，能10分钟跟着一个例子就能上手那是最好了，就像三轮车，踏上去就能骑着走，走几步就能心中无车，只有目的地；

人人都能随时、随地使用 - 传统的EDA实验，需要同学们在被安排的时间点要专门去实验室使用，还要小心翼翼地打开箱子、按照说明手册一步一步上电、开机，像伺候宝贝一样不敢轻易触碰（毕竟是价值上千块钱、传说中只有大神才能真正学会的“设备”，这种距离感很难让学生能够喜欢上它、跟它亲密接触，而好的实践平台就应该像书包里的笔和纸，随时拿出来试一下、体验一下，只有这样，它才会在无形中成为你学习的最佳帮手，尤其是疫情的影响，这个大家都懂的；

人人都能用得起 - 很多开发板很贵，因为板上集成了太多根本用不着、或者说用起来也不知道有啥意义的功能，要让每一位学习数字电路的同学都有机会随时、随地使用，那就必须是非常低廉的价格。

除了上述的三要素，还有一点非常重要 - 必须有丰富的实验参考案例，毕竟有限的课时，要绕通那么多烧脑的概念，而书本上的理论基本上还都停留在用一个个“门”搭建电路的原始阶段，如何跟我们日常习惯的高级逻辑思维方式相通，那就需要一系列的参考案例，门电路构成和Verilog描述相对照，让同学们体会用不同方式可以实现同样的功能，以及它们之间的差异。

有没有这样的平台？有，小脚丫FPGA团队最新推出的一款新产品StepFPGA - U，就专为数电而生，先通过一个5分钟的案例视频（实践数电书本上的2-4译码器），体验一下使用小脚丫FPGA的编程的过程。

视频中使用的是我们新版本的Web IDE，只需要一个浏览器，一个注册好的账号，一切都在云端搞定！无论你用的是Windows、Mac OS还是Linux，即便你使用iPad或手机，都可以在浏览器里使用。

省去了下载20GB软件的烦恼，省去了安装License的烦恼，省去了因为某种插件导致的兼容性的问题，老师们再也不用为帮着解决同学们遇到的各种问题而头疼了。

有同学会问，如何配置FPGA？会不会依然会遇到兼容性的问题？电脑找不到FPGA板。

这个烦恼从此也不再出现，因为我们新版的小脚丫核心板Step FPGA-U插到电脑的USB端口上就是一个虚拟的U盘，你只要将生成的jed文件拖到这个U盘里就可以了。

不需要安装任何驱动程序！

U盘的兼容性对所有的电脑、所有的操作系统都是最鲁棒的，只要你的电脑能识别标准的U盘，我们的小脚丫FPGA就能识别，

就这么简单！

新版本的StepFPGA - U还有两个备受欢迎的小改进：

USB接口更换成了USB Type-C接口，不用再为找不到带数据的USB线烦恼，USB Type C正反两面都可以，非常方便；

一个USB端口既用于FPGA的配置，同时还可以用于UART的通信，其它的FPGA开发板上要支持UART通信需要增加接口芯片的成本，并多一个USB连接器

责任编辑：haq