Downcodes小編帶你了解FPGA程式語言的各個面向！ FPGA（現場可編程閘陣列）是可重新配置的硬件，其程式語言選擇至關重要。本文將深入探討FPGA程式設計常用的VHDL和Verilog語言，並介紹高階綜合（HLS）以及其他系統層級語言，例如SystemVerilog、SystemC和Chisel。我們將分析這些語言的特點，比較它們的優缺點，並幫助你選擇最適合你專案的程式語言。此外，文章還包含常見問題的解答，希望能解答你在FPGA程式設計過程中遇到的疑惑。
FPGA（Field-Programmable Gate Array）通常使用的程式語言是VHDL（VHSIC Hardware Description Language）和Verilog。 這兩種語言都被廣泛用於晶片設計，它們允許設計師以非常抽象的方式描述硬體功能和邏輯，而無需考慮實體硬體的佈局。 VHDL起源於1980年代初的美國國防部項目，而Verilog是由Gateway Automation（後來被Cadence公司收購）在大約同一時間開發的。它們都是硬體描述語言（HDL），而不是傳統的程式語言，它們的設計目標是用於描述數位邏輯而非開發應用軟體。
在VHDL和Verilog的基礎上，也出現了高層次描述語言（High-Level Synthesis, HLS），例如SystemVerilog（增強了的Verilog）、SystemC以及最近引起關注的Chisel。 HLS允許開發者使用更接近傳統軟體設計的方式來描述硬件，這使得邏輯設計更容易理解和實施。
VHDL是一種強類型語言，它具有模組化和平行性的特點，使其在複雜的硬體設計中顯得格外有用。 VHDL不僅用於程式設計FPGA，還可用於ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）設計。 VHDL遵循嚴格的語法規則，代表了硬體的行為和結構。
在VHDL的設計中，最常使用的元素包括實體（Entity）、架構（Architecture）和流程（Process）。 實體是與外界溝通的接口，架構描述了實體的內部行為和邏輯，而過程用來描述訊號之間的關係。
相較於VHDL，Verilog的語法更類似C語言，因此它可能對那些擁有軟體開發背景的人來說更容易上手。 Verilog被設計得簡潔且易於學習，它支援模組化設計，這意味著可以重複使用程式碼區塊，加速設計流程。
Verilog的核心元素包括模組（Module）、匯流排（Wire）和暫存器（Reg）。 模組就像是VHDL中的實體，是程式碼的基本單位。總線和暫存器是在模組內傳遞訊號的基本媒體。
SystemVerilog和SystemC都是旨在簡化複雜硬體設計過程的系統級描述語言。它們支援物件導向的程式設計、並發控制結構和許多抽象層次的設計。 Chisel—又是新興的程式語言，它是基於Scala程式語言，旨在簡化硬體設計、驗證和重複使用。
高層次綜合（HLS）工具可以直接將C/C++或其他高層次語言編寫的演算法轉換成HDL程式碼，這種方法能顯著減少開發週期和提高設計的可讀性，適合於初期的快速原型設計和驗證。
在選擇FPGA程式語言時，需要考慮幾個關鍵因素：設計的複雜程度、專案團隊的熟悉度、所需的設計效率和可維護性。雖然VHDL和Verilog是業界的標準，但高層次語言和工具的出現為設計師提供了更多的靈活性。
在設計FPGA時，通常需要考慮的因素有設計的安全性、效能需求、資源消耗、調試與驗證的需求等。而且，選擇語言時應該考慮團隊的熟悉度和專案的時間表，因為不同的設計團隊根據他們的背景和經驗可能更傾向於使用特定的語言。
1. FPGA常用的程式語言有哪些？
FPGA常用的程式語言包括Verilog和VHDL。 Verilog是一種硬體描述語言，用於描述數位系統，適合對硬體進行建模和模擬。 VHDL是另一種硬體描述語言，也可用於FPGA的設計和驗證。這兩種語言都具有強大的硬體描述能力，並且在FPGA領域被廣泛應用。
2. FPGA除了Verilog和VHDL，還可以用其他程式語言嗎？
除了Verilog和VHDL，FPGA還可以使用一些高階程式語言，例如C和C++。這些高階語言可以透過特定的編譯器或工具鏈轉換為適用於FPGA的底層硬體描述語言，並實現對FPGA的程式控制。使用高階語言可以簡化FPGA程式設計流程，提高開發效率。
3. 我是否需要學習特定的程式語言才能使用FPGA？
學習特定的程式語言對於使用FPGA是非常有幫助的，特別是Verilog和VHDL。這些語言是FPGA領域的標準語言，掌握它們可以更好地理解和設計數位電路。然而，如果你已經熟悉其他程式語言，例如C或C++，也可以透過對應的工具鏈將高階語言轉換為FPGA可接受的硬體描述語言。因此，學習特定的程式語言對於使用FPGA是有益的，但並非絕對必要的。
希望Downcodes小編的這篇文章能幫助你更能理解FPGA程式語言的選擇和使用。 記住，選擇最適合你專案需求的語言才是關鍵！