Залезайте сначала сразу на всё семейство Cortex-M -- у каждого производителя электроники есть пара-тройка совместимых микроконтроллеров, так что эта архитектура очень надолго.
К МК сбоку пришлёпните мелкую ПЛИСку в качестве сопроцессора ввода/вывода, можно будет параллельно потихоньку трогать Verilog/VHDL и пробовать простую обработку сигналов.
Как освоитесь с STM32F4 и старше со всеми весёлостями шин, инициализации, и зоопарка блоков -- только тогда будут силы залазить на что-то типа Xilinx Zinq.
Сам я только на первом этапе, поглядываю еще на Lattice iCEBreaker -- под семейство ICE40 помнится была полноценная поддержка OpenSource софта под Linux, и даже старый usbшный свисток лежит где-то, руки так и не дошли 8(