by yosikawa » 2011年2月12日(土) 15:43
さてさて、Spartan 3E Starter Kit を使って遊びながら勉強を進めます。
Spartan 3E Starter Kit はいろんな機能がてんこ盛りで、ＦＰＧＡやメモリの容量も十分なので当分は不自由しないでしょう。
こんな高機能なボードが2万円以下で買えるとは、本当にお買い得感があります。（私は3Eを買ってしまったが、3Aの方がいい）
これから始めようと言う人にはお勧めです。
クレジットカードとメールアドレスさえ持っていれば、digilentのサイトから簡単に購入できます。
英語が苦手な人は、"check out" (レジに進む)とか送り先住所の入力とか、多少は戸惑うでしょうけど、
まぁ簡単でしょう。
パッケージの中身は、
とりあえず、マニュアルと、サンプルをダウンロードする。
digilent
https://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,400,792&Prod=S3EBOARD
Xilinx
http://www.xilinx.com/products/boards/s3estarter/reference_designs.htm
買った後でリンク切れにされたら嫌だから、一通り全部ダウンロードして取っておくことにした。
さて、ＡＣアダプタをつなぐ。
。。。。うんともすんとも言わないではないか。
。。。良く見たら左上に電源スイッチがある。なんとスイッチまで付いてるとは至れり尽くせりのボードだな。
スイッチオン。液晶にメッセージが表示された。ロータリスイッチを回すとLEDで左右に流れるように光る。
よしよし。ちゃんと動いている。
ロータリスイッチを押しこむと、モードが切り替わってスイッチのON/OFFがLEDに表示されるようになる。
４つのスライドスイッチと、４つのプッシュスイッチの計８個に対応して、８個のLEDが点滅する。
デモを確認したところで、自分でテストアプリを作ってみる。
まずは、プッシュスイッチを押したらLEDが点灯する、という簡単なもので動作確認します。
xilinxのサイトから、ISE Webpackをダウンロードし、インストールします。
http://www.xilinx.com/tools/webpack.htm
インストール方法は省略。他のサイトで詳しく説明されているし。
今回使用したＩＳＥのバージョンは 10.1.03
少し古いバージョンだが、以前購入したＥＤＸ－００２を使うにはこのバージョンでなければならないため。
Spartan 3E Starter Kit しか使わないのであれば、単に最新版をインストールした方が良いだろう。
ISEを起動し、File->New Projectを選択。
プロジェクト名はT1_LED1としよう。ディレクトリを適当に入力してNext
デバイス情報の入力でいつも少し悩む。Speedのところだけ分からない。-4と-5があるが、どちらだろう？
分からないけど、-5にしてみた。Next
以降の画面はデフォルトのまま進める。
2011/2/13 追記： Speed は -4 らしい。
以上のように入力した。開発言語を VHDL にするか、Verilog にするか、選択しなければならない。
もちろん後から乗り換えもできるけど、最初に選んだ言語はよく慣れ親しんで上手になっていくに違いないので、
初心者にいきなり難しい選択を迫られる。
以下の点から、Verilogを選択することにした。
さて、トップモジュールを作成する。
Project->New Source
ファイルの種類として Verilog Ｍｏｄｕｌｅを選択、ファイル名はtopとする。
ファイル名はなんでも入力できるが、自動的に作られるコードのひな型が、ファイル名に基づいて作られるので、
verilogの名称ルールに従う方がいい。英字始りで、英数字とアンダーパーが使える。test-1はＮＧ。test_1ならOK。
残りのウィザードはデフォルトで進める。
以下のコードを入力する。
スイッチを押したらＬＥＤが点灯する。簡単そのもの。
ロジック回路では、アクティブ・ハイとアクティブ・ローがある。
信号がアクティブ（有効な状態）になったとき、ハイ（数字の１）になるのがアクティブ・ハイ。
このボードはほとんどの信号がアクティブ・ハイなので分かりやすい。
つまり、ボタンを押したらbtnが１になり、ｌｅｄを１にすることでＬＥＤが点灯する。
次に、ピンアサインを定義する。これをしないとＦＰＧＡの外部の回路と接続されない。
Project->New Source
ファイルの種類として Implementation Constraints File を選択、ファイル名はtopとする。
Sourcesペインでtop.vを展開してtop.ucfを選択。
ProcessesペインでUser Constraintsを展開してEdit constraintsをダブルクリックする。
top.ucfが開く。以下を入力する。
ctrl-sで保存する。
これで完成。コンパイルする。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでSynthesize - XST をダブルクリックする。
緑のチェックマークのアイコンに変わったら、エラー・警告なしで成功。
bitファイルを作成する。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでGenerate Programming File をダブルクリックする。
緑のチェックマークのアイコンに変わったら、エラー・警告なしで成功。
これでプロジェクトフォルダの下にtop.bitというファイルができる。
これがwindowsのexeファイルのようなもので、ハードウェアで実行可能なバイナリデータだ。
ではデバイスに書き込むために、パソコンにＵＳＢケーブルを接続する。
接続する前に、iMPACT というツールをＰＣにインストールしておく必要がある。
ただしこれは、ＩＳＥに含まれているので既にインストール済みだ。
初めて接続すると、プラグアンドプレイで認識され、ドライバがインストールされる。
では書き込みツールであるiMPACTを起動する。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでConfigure Target Device を展開、Manage configuration Project(iMPACT) をダブルクリックする。
iMPACTのウィザードが始まる。
デフォルトで選択されている、JTAGのまま、プルダウンもデフォルトのAutomatically...のまま、finishをクリックする。
ボード上の3つのチップが自動認識された。JTAGチェインという仕組みによるものだ。
JTAGチェインの最初のチップが、FPGAであるxc3s500eだ。
これに書き込むファイルを聞いてくるので、先ほど作成したtop.bitを選択する。Open。
次に他のチップが選択状態になり、これらのチップに書き込むファイルを聞いてくるが、何も書かないのでBypass。
もう一度Ｂｙｐａｓｓ。
パラメータを入力する画面になるが、そのままＯＫ。
では書き込みを開始する。
xc3s500eをクリックして、緑色表示にする。
ProcessesペインでProgramをダブルクリックする。
書き込み完了。書き込むと、ボードはすぐに動き出す。
ロータリスイッチのすぐ下のボタンを押してみる。ＬＥＤが点灯するはずだ。
これが基本的な流れだが、最後のiMPACTで書き込みをする手順は、バッチモードで書き込んだ方が素早くできる。
そこでバッチファイルを作成する。プロジェクトフォルダの中に 「書き込み.bat」というファイルを作成する。
以下の内容を書く。
実は詳しくはまだ調べてないので分からないが、このように書いておくと、
このバッチファイルと同じフォルダにあるtop.bitというファイルを書き込む。
bitファイルの名前をいつも同じ名前にしておけば、このバッチファイルを変更する必要はなく、使いまわせる。
試してみよう。ボードの電源を一旦OFFにして、再びＯＮにする。
ボード搭載のPROMから起動するので、またデモが動き始めた。
「書き込み.bat」をダブルクリックする。
よしよし、デモが止まって今回作成したＬＥＤ点灯アプリが動いた。
Spartan 3E Starter Kit はいろんな機能がてんこ盛りで、ＦＰＧＡやメモリの容量も十分なので当分は不自由しないでしょう。
こんな高機能なボードが2万円以下で買えるとは、本当にお買い得感があります。（私は3Eを買ってしまったが、3Aの方がいい）
これから始めようと言う人にはお勧めです。
クレジットカードとメールアドレスさえ持っていれば、digilentのサイトから簡単に購入できます。
英語が苦手な人は、"check out" (レジに進む)とか送り先住所の入力とか、多少は戸惑うでしょうけど、
まぁ簡単でしょう。
パッケージの中身は、
- ボード本体
- ＡＣアダプタ
- USBケーブル
- Invoice （送り状）
とりあえず、マニュアルと、サンプルをダウンロードする。
digilent
https://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,400,792&Prod=S3EBOARD
Xilinx
http://www.xilinx.com/products/boards/s3estarter/reference_designs.htm
買った後でリンク切れにされたら嫌だから、一通り全部ダウンロードして取っておくことにした。
さて、ＡＣアダプタをつなぐ。
。。。。うんともすんとも言わないではないか。
。。。良く見たら左上に電源スイッチがある。なんとスイッチまで付いてるとは至れり尽くせりのボードだな。
スイッチオン。液晶にメッセージが表示された。ロータリスイッチを回すとLEDで左右に流れるように光る。
よしよし。ちゃんと動いている。
ロータリスイッチを押しこむと、モードが切り替わってスイッチのON/OFFがLEDに表示されるようになる。
４つのスライドスイッチと、４つのプッシュスイッチの計８個に対応して、８個のLEDが点滅する。
デモを確認したところで、自分でテストアプリを作ってみる。
まずは、プッシュスイッチを押したらLEDが点灯する、という簡単なもので動作確認します。
xilinxのサイトから、ISE Webpackをダウンロードし、インストールします。
http://www.xilinx.com/tools/webpack.htm
インストール方法は省略。他のサイトで詳しく説明されているし。
今回使用したＩＳＥのバージョンは 10.1.03
少し古いバージョンだが、以前購入したＥＤＸ－００２を使うにはこのバージョンでなければならないため。
Spartan 3E Starter Kit しか使わないのであれば、単に最新版をインストールした方が良いだろう。
ISEを起動し、File->New Projectを選択。
プロジェクト名はT1_LED1としよう。ディレクトリを適当に入力してNext
デバイス情報の入力でいつも少し悩む。Speedのところだけ分からない。-4と-5があるが、どちらだろう？
分からないけど、-5にしてみた。Next
以降の画面はデフォルトのまま進める。
2011/2/13 追記： Speed は -4 らしい。
- コード:
Project:
Project Name: T1_LED1
Project Path: C:\WORK\FPGA\Spartan-3E\T1_LED1
Top Level Source Type: HDL
Device:
Device Family: Spartan3E
Device: xc3s500e
Package: fg320
Speed: -5
Synthesis Tool: XST (VHDL/Verilog)
Simulator: ISE Simulator (VHDL/Verilog)
Preferred Language: Verilog
Enhanced Design Summary: enabled
Message Filtering: enabled
Display Incremental Messages: disabled
以上のように入力した。開発言語を VHDL にするか、Verilog にするか、選択しなければならない。
もちろん後から乗り換えもできるけど、最初に選んだ言語はよく慣れ親しんで上手になっていくに違いないので、
初心者にいきなり難しい選択を迫られる。
以下の点から、Verilogを選択することにした。
- 見た目の印象で、verilogの方が普通のプログラム言語と似ていて私のようなソフト屋に向いてるような気がする。
- システムLSIの開発ではVerilogが良く使われているらしい。大規模な回路に向いているということか？
- Veritakという低価格なシミュレータは、verilogに対応している。作者によると、verilogのシミュレーションの方が高速になるそうだ。
さて、トップモジュールを作成する。
Project->New Source
ファイルの種類として Verilog Ｍｏｄｕｌｅを選択、ファイル名はtopとする。
ファイル名はなんでも入力できるが、自動的に作られるコードのひな型が、ファイル名に基づいて作られるので、
verilogの名称ルールに従う方がいい。英字始りで、英数字とアンダーパーが使える。test-1はＮＧ。test_1ならOK。
残りのウィザードはデフォルトで進める。
以下のコードを入力する。
- コード:
`timescale 1ns / 1ps
`default_nettype none
module top(btn, led);
input wire btn; // プッシュスイッチ
output wire led; // LED
assign led = btn;
endmodule
スイッチを押したらＬＥＤが点灯する。簡単そのもの。
ロジック回路では、アクティブ・ハイとアクティブ・ローがある。
信号がアクティブ（有効な状態）になったとき、ハイ（数字の１）になるのがアクティブ・ハイ。
このボードはほとんどの信号がアクティブ・ハイなので分かりやすい。
つまり、ボタンを押したらbtnが１になり、ｌｅｄを１にすることでＬＥＤが点灯する。
次に、ピンアサインを定義する。これをしないとＦＰＧＡの外部の回路と接続されない。
Project->New Source
ファイルの種類として Implementation Constraints File を選択、ファイル名はtopとする。
Sourcesペインでtop.vを展開してtop.ucfを選択。
ProcessesペインでUser Constraintsを展開してEdit constraintsをダブルクリックする。
top.ucfが開く。以下を入力する。
- コード:
# 右端のLED
NET "led" LOC = "F12" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
# ロータリスイッチの下のボタン
NET "btn" LOC = "K17" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLDOWN;
ctrl-sで保存する。
これで完成。コンパイルする。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでSynthesize - XST をダブルクリックする。
緑のチェックマークのアイコンに変わったら、エラー・警告なしで成功。
bitファイルを作成する。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでGenerate Programming File をダブルクリックする。
緑のチェックマークのアイコンに変わったら、エラー・警告なしで成功。
これでプロジェクトフォルダの下にtop.bitというファイルができる。
これがwindowsのexeファイルのようなもので、ハードウェアで実行可能なバイナリデータだ。
ではデバイスに書き込むために、パソコンにＵＳＢケーブルを接続する。
接続する前に、iMPACT というツールをＰＣにインストールしておく必要がある。
ただしこれは、ＩＳＥに含まれているので既にインストール済みだ。
初めて接続すると、プラグアンドプレイで認識され、ドライバがインストールされる。
では書き込みツールであるiMPACTを起動する。
Sourcesペインでtop.vを選択。
ProcessesペインでConfigure Target Device を展開、Manage configuration Project(iMPACT) をダブルクリックする。
iMPACTのウィザードが始まる。
デフォルトで選択されている、JTAGのまま、プルダウンもデフォルトのAutomatically...のまま、finishをクリックする。
ボード上の3つのチップが自動認識された。JTAGチェインという仕組みによるものだ。
JTAGチェインの最初のチップが、FPGAであるxc3s500eだ。
これに書き込むファイルを聞いてくるので、先ほど作成したtop.bitを選択する。Open。
次に他のチップが選択状態になり、これらのチップに書き込むファイルを聞いてくるが、何も書かないのでBypass。
もう一度Ｂｙｐａｓｓ。
パラメータを入力する画面になるが、そのままＯＫ。
では書き込みを開始する。
xc3s500eをクリックして、緑色表示にする。
ProcessesペインでProgramをダブルクリックする。
書き込み完了。書き込むと、ボードはすぐに動き出す。
ロータリスイッチのすぐ下のボタンを押してみる。ＬＥＤが点灯するはずだ。
これが基本的な流れだが、最後のiMPACTで書き込みをする手順は、バッチモードで書き込んだ方が素早くできる。
そこでバッチファイルを作成する。プロジェクトフォルダの中に 「書き込み.bat」というファイルを作成する。
以下の内容を書く。
- コード:
REM ##########################################################################
REM # This will create the iMPACT CMD file and then run iMPACT to program #
REM # the Spartan-3E device on the Starter Kit board. #
REM ##########################################################################
@echo setMode -bscan > impact_batch_commands.cmd
@echo setCable -p auto >> impact_batch_commands.cmd
@echo addDevice -position 1 -file .\top.bit >> impact_batch_commands.cmd
@echo addDevice -position 2 -part "xcf04s" >> impact_batch_commands.cmd
@echo addDevice -position 2 -part "xcf04s" >> impact_batch_commands.cmd
@echo ReadIdcode -p 1 >> impact_batch_commands.cmd
@echo program -p 1 >> impact_batch_commands.cmd
@echo quit >> impact_batch_commands.cmd
impact -batch impact_batch_commands.cmd
実は詳しくはまだ調べてないので分からないが、このように書いておくと、
このバッチファイルと同じフォルダにあるtop.bitというファイルを書き込む。
bitファイルの名前をいつも同じ名前にしておけば、このバッチファイルを変更する必要はなく、使いまわせる。
試してみよう。ボードの電源を一旦OFFにして、再びＯＮにする。
ボード搭載のPROMから起動するので、またデモが動き始めた。
「書き込み.bat」をダブルクリックする。
よしよし、デモが止まって今回作成したＬＥＤ点灯アプリが動いた。
by yosikawa » 2011年2月13日(日) 15:10
参考にしたサイトのリンク
Spartan-3E スタータキットのユーザガイド日本語版
Spartan-3E スタータキット. ボード ユーザーガイド. UG230 (v1.0) 2006 年 3 月 9 日
ボードを買う時に参考にしたサイト
FPGAボードを買うときに気をつけること 2008年版
「触って学ぼう FPGA開発入門」
東京エレクトロンデバイス： 製品情報 > 評価ボード > ザイリンクス社製ボード
KNJN.com
digilent
verilogの学習関係
やるおと学ぶverilog入門
FPGAの部屋
Veritakチュートリアル
PicoBlaze ユーザガイドの日本語版
PicoBlaze 8 ビット エンベデッド マイクロコントローラ ユーザー ガイド (Spartan-3 Generation、Virtex-II、および Virtex-II Pro FPGA 用) v1.1.1 (日本語版)(PDF, ver 1.1.2, 1.55 MB )
32ビットCPU
ラティスMico32 オープン、無償の32ビット・ソフト・プロセッサ
その他、個人開発の記録
FPGA始めました！
奮闘記？
ビーコン
Spartan-3E スタータキットのユーザガイド日本語版
Spartan-3E スタータキット. ボード ユーザーガイド. UG230 (v1.0) 2006 年 3 月 9 日
ボードを買う時に参考にしたサイト
FPGAボードを買うときに気をつけること 2008年版
「触って学ぼう FPGA開発入門」
東京エレクトロンデバイス： 製品情報 > 評価ボード > ザイリンクス社製ボード
KNJN.com
digilent
verilogの学習関係
やるおと学ぶverilog入門
FPGAの部屋
Veritakチュートリアル
PicoBlaze ユーザガイドの日本語版
PicoBlaze 8 ビット エンベデッド マイクロコントローラ ユーザー ガイド (Spartan-3 Generation、Virtex-II、および Virtex-II Pro FPGA 用) v1.1.1 (日本語版)(PDF, ver 1.1.2, 1.55 MB )
32ビットCPU
ラティスMico32 オープン、無償の32ビット・ソフト・プロセッサ
その他、個人開発の記録
FPGA始めました！
奮闘記？
ビーコン
0 件のコメント:
コメントを投稿