Курс Розробка FPGA-систем

FPGA Development - практичний FPGA-курс із проєктування апаратної логіки на Xilinx FPGA & SoC: від цифрової логіки, HDL і симуляції до real-time та low-latency систем. FPGA сьогодні використовують у robotics, embedded, IoT, DSP і оборонних системах, де CPU та MCU вже не дають потрібної продуктивності й детермінованості. На курсі ви навчитеся проєктувати hardware-логіку на Xilinx FPGA & SoC: від RTL і цифрової логіки до AXI, DMA, DSP, timing analysis та real-time control.

Програма курсу

Знайомство з FPGA та Hardware-мисленням

• Розберетеся, чим FPGA відрізняється від CPU та MCU
• Зрозумієте принципи parallel processing і deterministic behavior
• Попрацюєте з PYNQ-Z1, Vivado ML та архітектурою Zynq

Цифрова логіка та комбінаційні схеми

• Створите базові логічні вузли та ALU у Verilog
• Попрацюєте з мультиплексорами, дешифраторами та суматорами
• Навчитеся аналізувати propagation delay і glitches

Послідовнісна логіка та таймінги

• Навчитеся працювати з Clock, Reset, Setup та Hold time
• Розберетеся з метастабільністю й синхронним дизайном
• Створите лічильники та модулі керування частотою

Verilog / Systemverilog для синтезу

• Писатимете synthesizable RTL-код
• Зрозумієте різницю між HDL та класичним програмуванням
• Попрацюєте з модулями, портами та hardware-архітектурою

Скінченні автомати (FSM)

• Навчитеся проєктувати FSM для embedded-систем
• Створите керуючу логіку та state-машини
• Попрацюєте з Debounce і складними переходами станів

Верифікація та Testbench

• Створюватимете testbench для перевірки RTL
• Аналізуватимете waveforms і timing behavior
• Навчитеся знаходити помилки до запуску на FPGA

Timing Analysis and Constraints

• Попрацюєте з STA, Setup/Hold Slack і Critical Path
• Навчитеся читати Vivado Timing Reports
• Зрозумієте, як timing впливає на стабільність FPGA

Перетин доменів тактування (CDC)

• Навчитеся працювати із системами, де різні модулі працюють на різних частотах
• Зрозумієте, як уникати помилок під час передачі даних між модулями
• Реалізуєте стабільний обмін даними між різними clock-сигналами

AXI4 та IP-інтеграція

• Попрацюєте з AXI4-Lite та AXI4-Stream
• Створите власний AXI peripheral module
• Навчитеся інтегрувати IP-модулі у Vivado

Архітектура ZYNQ (PS + PL)

• Зрозумієте взаємодію ARM CPU та FPGA-логіки
• Попрацюєте з Zynq PS/PL та AXI communication
• Створите hardware/software систему на Xilinx SoC

PYNQ Framework та Overlays

• Навчитеся керувати FPGA через Python
• Створите власний Overlay та hardware-driver
• Попрацюєте з Jupyter Notebook і MMIO

DMA (Direct Memory Access)

• Навчитеся передавати дані між CPU та FPGA без участі процесора
• Попрацюєте з AXI DMA та streaming data flow
• Протестуєте продуктивність DMA-каналів

DSP на FPGA

• Реалізуєте hardware-обробку сигналів
• Попрацюєте з DSP-блоками Xilinx та fixed-point arithmetic
• Зрозумієте принципи FPGA-прискорення обчислень

In-system debug

• Навчитеся працювати з ILA та VIO
• Аналізуватимете сигнали всередині FPGA у real-time
• Навчитеся знаходити timing і hardware-баги на платі

High-level synthesis (VITIS HLS)

• Перетворюватимете C/C++-код на RTL
• Попрацюєте з pipelining та loop optimization
• Зрозумієте, як прискорювати FPGA-розробку через HLS

Robotics та Real-time control

• Створите FPGA-модулі для керування сенсорами та приводами
• Попрацюєте з PWM, SPI/I2C та PID-control
• Зрозумієте роль FPGA у robotics та embedded control systems

Постановка задачі для курсового проєкту

• Сформуєте архітектуру власного FPGA-рішення
• Підготуєте HDL, simulation та hardware workflow
• Отримаєте фідбек щодо реалізації проєкту

Захист курсового проєкту та висновки

• Презентуєте власне FPGA-рішення
• Покажете simulation, timing analysis і hardware-demo
• Отримаєте фінальний фідбек по архітектурі та реалізації

Вимоги для старту

Базове розуміння цифрової електроніки, комп’ютерної архітектури та embedded-систем. Досвід програмування будь-якою мовою.

Особливості курсу

• Допомога ментора
• Практика
• Курсовий проєкт
• Сертифікат про проходження курсу

Викладачі курсу

Ярослав Лек - Principal System Engineer at Infineon Technologies