IC設計要學什麼程式？

從零開始，踏入IC設計的程式世界：非本科系也能寫出自己的晶片故事

IC設計，聽起來高深莫測，似乎只有電子電機相關科系的學霸才能觸及的領域。但事實上，隨著開源工具的普及和線上資源的豐富，即使非本科系出身，只要有足夠的熱情和正確的學習路徑，也能在IC設計的領域中找到屬於自己的一片天。

那麼，非本科系想跨足IC設計，究竟該從哪裡開始學程式呢？網路上雖然資源豐富，但往往讓人眼花撩亂。以下我將以簡潔明瞭的方式，為您梳理出幾個關鍵的程式學習方向：

1. 電路設計基礎與硬體描述語言 (HDL)：Verilog 或 VHDL

這絕對是IC設計的基石！別被「電路設計」嚇到，初期重點不在於精通所有電路原理，而是要了解數位電路的基本概念，像是邏輯閘、正反器、計數器等等。然後，最重要的就是學習硬體描述語言 (HDL)，其中Verilog和VHDL是最常見的兩種。

• Verilog: 語法相對簡單，容易上手，在業界使用廣泛。
• VHDL: 語法較嚴謹，適合大型複雜的設計，在學術界較為常見。

透過HDL，你可以用程式碼來描述電路的行為，就像是用程式碼來繪製電路圖一樣。學習的重點在於理解HDL的基本語法、數據類型、時序模擬和邏輯綜合的概念。

2. FPGA/CPLD 應用：動手實踐的起點

FPGA (Field-Programmable Gate Array) 和 CPLD (Complex Programmable Logic Device) 是一種可程式化的硬體，你可以把它們想像成一個空白的畫布，你可以透過程式 (也就是用HDL寫的程式) 在上面「畫」出你想要的電路。

學習FPGA/CPLD的應用，可以讓你將學到的HDL知識付諸實踐。透過實際的設計、驗證和除錯，你會對數位電路的運作有更深刻的理解。常見的FPGA廠商有Xilinx和Intel (Altera)，它們都提供免費的開發工具和豐富的線上資源，非常適合初學者入門。

3. 通訊協議：讓晶片與世界溝通的橋樑

現代IC設計很少是孤立存在的，它們需要與其他晶片或外部設備進行通訊。因此，了解常見的通訊協議 (Communication Protocols) 也是非常重要的。

• SPI (Serial Peripheral Interface): 一種高速同步串行通訊協議，常用於微控制器和周邊設備之間的通訊。
• I2C (Inter-Integrated Circuit): 一種雙線式串行通訊協議，常用於連接微控制器和低速周邊設備。
• UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): 一種非同步串行通訊協議，常用於連接微控制器和終端設備。

學習這些通訊協議，需要了解它們的運作原理、時序要求和程式實現方式。你可以使用HDL來設計這些協議的控制器，或者使用現成的IP Core (Intellectual Property Core) 來簡化設計。

4. 計算機架構：理解晶片的靈魂

計算機架構 (Computer Architecture) 描述了電腦系統的組織結構和功能。了解計算機架構，可以讓你更深入地理解晶片內部的運作方式，例如處理器的架構、記憶體的管理、指令集等等。

這部分不需要鑽研到最深的細節，但了解基本的概念，例如馮·諾伊曼架構、流水線技術、快取記憶體等等，可以幫助你更好地設計和優化你的晶片。

5. 驅動程式開發：與作業系統的對話 (RTOS/Linux)

如果你的IC設計需要與作業系統進行互動，那麼學習驅動程式開發 (Driver Development) 就是必要的。

• RTOS (Real-Time Operating System): 常用於嵌入式系統，提供即時性、可靠性和資源管理等功能。
• Linux: 一種通用型作業系統，應用廣泛，提供豐富的API和工具。

學習驅動程式開發，需要了解作業系統的核心概念、裝置驅動程式的架構和開發流程。你可以從簡單的字符裝置驅動程式開始學習，逐步深入到更複雜的驅動程式。

總結：持續學習，勇於嘗試

踏入IC設計的領域，需要不斷地學習和實踐。從學習HDL開始，透過FPGA/CPLD的應用，了解通訊協議和計算機架構，最終掌握驅動程式開發，你就可以一步一步地寫出屬於自己的晶片故事。

記住，不要害怕犯錯，勇於嘗試，從錯誤中學習，你一定能在IC設計的領域中取得成功！

最後，提醒你，IC設計是一個需要團隊合作的領域。積極參與社群、與其他開發者交流、分享你的經驗，可以讓你更快地成長。祝你在IC設計的道路上一切順利！

#Ic設計 #程式語言 #電路設計