2022FPGA创新设计竞赛选题分析与建议——写给大一大二学弟学妹

0 写在最前

老师新带了几个大一大二的同学准备参加FPGA创新设计竞赛，他们不具备太多的参赛经验，往往专业知识也没有学太多。有一颗想参赛的心，却又茫然不知所措。因此，此文希望对于大一大二的科创萌新有所帮助。

1 关于选题

1.1 选题分析

2022FPGA创新设计竞赛 比赛官网

高云半导体的选题包括语音识别、声场摄像头、物体识别、加密。专业性比较强，在了解FPGA基础的同时，需要有机器学习算法的基础，了解一些语音、视觉、加密相关的知识。不过赛题给了设计思路，可以利用给的IP核，加快开发速度。需要在推理算法的开发移植上花比较多的功夫。

紫光同创选题有RISC-V架构处理器的实现，实现一个片上操作系统。说明白一点，就是让你们做一个CPU，能够在上面跑一些程序。网上有不少的关于用FPGA实现精简指令集架构处理器的开源项目，可以进行参考移植。如何想要效果更好，涉及处理器架构的优化，专业性较强。

色度亮度提取，任务规定很明确，根据色度亮度去控制led灯，可能需要绘制电路板，掌握简单的PCB绘制即可。

安路科技和Xilinx赛道没有给定具体选题方向，是开放性选题。安路科技建议方向包括移植成熟的应用生态、实现一些开源项目等等，可以利用网上的一些资料以及现有的成果。Xilinx是老牌FPGA厂商，网上相关的培训视频资料比较丰富，能够比较方便地跟着视频学习。

从难度上看，高云半导体题目难度最大，紫光同创其次，安路科技和Xilinx由于是开放性选题，可以制作技术难度不高的参赛作品。同时，根据经验，一般难度和参赛人数都是成反比的，即安路科技和Xilinx的参赛人数将会比较多，紫光同创其次，高云半导体题目参赛人数最少。

但是，赛题难，可能实现一两个基本功能，就可以获奖；赛题简单，特别是开放性赛题，需要作品的功能比较完整，完成度比较高，导致赛道可能比较“卷”。希望大家根据自己团队的情况和兴趣进行选择。

如果想要挑战自己，促进自己多学一点新知识，可以选择高云半导体、以及紫光同创。如果已经有了比较成熟的想法，或者已经有了一些作品想要继续参赛，不想收到赛题的限制，就可以选择安路科技和Xilinx这两个开放赛道。

同时，Xilinx是老牌的FPGA厂商，可能很多学生都选择使用Xilinx的FPGA入门（ZYNQ），其开发生态也比较好，网上有很多的资料。这可能也会导致Xilinx赛道的参赛人数比较多。相反，安路科技是国产半导体厂商，缺点是资料比较少，遇到问题只能够自己想办法解决。

1.2 开放性选题如何选

这是我以前参加集创赛，一开始所遇到的问题。赛题开放，大脑空白没想法，不知道要去做什么。当时我找程老师，让她给我找了一个想法，将开放性题目变成了命题式。

希望你们能够多观察社会，对生活保持热爱。能够发现人类未被满足的需求。在“拿着锤子找钉子”未果之后，不乏倒转思维，去“对着钉子找锤子”。钉子就是需求，锤子就是你所掌握的技能。

当时不知道你的技能能够导向什么产品的时候，不妨去从需求出发，看看社会到底需要什么。再去思考以我的技能，能够做出什么样的产品。

一个需求可以用多种产品形态去解决，蕴含着巨大的创新潜力。

关于解决帕金森老人吃饭的问题
为解决帕金森老人吃饭的问题，有智能防抖勺；也有通过震动手腕，减弱导致手抖的神经信号的Emma watch。

从中可以看出，对着钉子找锤子，可以有多种解决方案，我相信其中一定有可以用上你的技术的地方。同时，奇思妙想在比赛评审中，也是很重要的加分项。

如何开拓思维呢？可以看一看每年的“互联网+”比赛，看一看别人发现了哪些需求，他们导出了哪些产品形态？我能不能把他实现，或者我有更好的解决方案。

同时，也可以关注一些科技众筹网站，看一看别人的创意。

Kickstarter

2 如何入门嵌入式开发

2.1 嵌入式开发有哪些知识要学——从点灯出发

后续或许有很多类嵌入式开发类的比赛，核心都是用一个芯片控制一些外部硬件，从而实现一些具体功能。

针对目前低年级同学参赛经验比较少，对于嵌入式开发了解不多，我整理了嵌入式开发需要学习的知识点，可以作为同学日后的学习路线。

梦的开始，从点灯出发。

1. 简单电平输出，可以点亮一个LED了，以及控制暗灭。
2. PWM输出（控制LED、电机）。这时，可以自己制作一个炫酷的呼吸灯了。
3. 定时功能的实现。单片机通过定时器，FPGA可以通过分频器实现。这时候，可以实现更加复杂的程序了。
4. 通信协议的掌握：串口、IIC、SPI、SBUS等等。掌握了这些，即可以控制显示屏、蓝牙WIFI模块、语音模块等等很多集成功能块。
5. ADC、DAC的使用。涉及模拟电路会用。

掌握了这5点，基本上就比较系统的熟悉了整个嵌入式开发，可以在控制的基础之上，开始实现复杂的算法。

再具体一点，第一步应该干什么？
报名参赛，借用或者购买对应开发平台，下载对应开发软件，点亮一个LED灯。

多做实验，当一些具体功能实现时，享受成就感带来的快乐。

2.2 FPGA与单片机开发的区别

FPGA，可编程逻辑门阵列。实际上，是数字芯片设计中，用来验证前端开发可行性的。数字后端在前端开发的基础之上，进行布局布线，之后，就可以拿去生产芯片了。

因此，虽然FPGA功能强大，单片机能做的它都能做，但是使用起来，还是有很大不同的。

1. FPGA编程对应的是一个个硬件门电路，具有实时并发性。不像单片机程序，具有顺序逻辑，一般写在前面的代码先执行。而FPGA对应的硬件电路，电子以光速运动，基本上是瞬间，同时运行的。
2. FPGA依赖时序逻辑电路来实现顺序逻辑。其中有一个很重要的部件叫做触发器，依赖一次又一次的脉冲出发，来区别前后顺序。因此，时序特别重要，一旦时间顺序没有考虑清楚，程序功能无法实现。开发起来，要比单片机难。

跟单片机代码可以拷贝参考别人的一样，FPGA开发同样有许多开源的IP软核，不用从底层去一步步实现已有的功能，直接调用别人的IP即可。

参加FPGA比赛，你需要学习基础的Verilog语法。会调用公用IP，会用图形化的界面设计大规模FPGA。

3 其他

学会自上往下的学习。

现在知识已经筑起了高楼大厦，像高中那种由前因导出后果的自底层开始的学习，在比赛过程中是行不通的。比赛要求你们具备快速学习的能力，而快速学习，要求自上而下的学习。

不用知道为什么，会用就行。快速学习、掌握新技能，能够学以致用，直接“现学现卖”，用在比赛当中。不用纠结于某些细节是为什么，不代表阻止你们求知。往往技术用着用着，就知道为什么了。某一天突然发现，跟你学的某些知识对应上了。

交流促进技术增长

费曼学习法，有所输出。