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［VOD/KIT］実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門

マイコンの基礎からRISC-Vコアとシステムの論理設計/開発環境構築/FPGA実装まで

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概要

RISC-Vは，オープンで自由に使える命令セット・アーキテクチャです．本製品は，RISC-Vマイコン・システムのハードウェアからソフトウェアまでの全般を具体的に学べる講義ビデオ付きパーツセットです．

講義ビデオでは，マイコンの基礎からはじめて，オープンソース命令セットのRISC-V登場の意味と，そのアーキテクチャの基礎を理解し，RISC-Vコアを使ったマイコン・システムを実際にFPGAボードの上に構築し，ソフトウェアの開発方法やデバッグ方法を学びます．

マイコン・システムのバスやメモリ，さらにパイプライン制御式RISC-V CPUコアの論理構造を学び，論理シミュレータの上で機能動作を確認して，FPGAボードへ実装します．

RISC-Vのソフトウェア開発環境の構築とその使い方およびソース・レベル・デバッグの方法を学び，具体的なアプリケーション・プログラムの開発方法を理解します．

パーツセットに加え，11時間を超える解説ビデオと，568頁の講義キストが同梱されています．はんだ付けは不要で，RISC-V実習環境セットアップ済のマイクロSDカードも付いているので，すぐに学習を始めることができます．

同梱の説明書(下記)には，講義ビデオや講義テキストの視聴を可能にするパスワードが記載されています．

本製品のすべての映像，画像，文書テキスト，ソースコードは著作権法によって厳格に守られています．無許可の転載，複製，転用は法律により罰せられます．

特徴1. 工具はいっさい不要！すぐに実習を始められるパーツセット

Raspberry Pi4 model B 4GB＆microHDMIケーブル＆ACアダプタ＆ヒートシンク：RISC-V開発環境として使用
Raspberry Pi用micro SDXC：64GB，必要な環境インストール済
Terasic DE10-Lite FPGAボード：USBケーブル(A-B)付き
Adafruit 2.8" TFT Touch Shield v2 - Capacitive Touch Panel：アプリ開発用Arduinoシールド，FPGA基板に搭載．表示制御はSPI，タッチ制御はI2C
ZEPオリジナル OpenOCD JTAG Debugger：PC上にRISC-V開発環境を構築した際，PCとRISC-VのJTAG端子を接続するもの
USBケーブル(A - mini B)：JTAG DebuggerとPCとの接続用
メスーメス・ジャンパ 15cm(10本)：ラズパイ or DebuggerとFPGAを接続

5と6は，RISC-Vのソフトウェア開発環境をRaspberry PiではなくPC上に整えたときに必要になるものです．講義では使用方法までの説明を行います．

特徴2 充実の講義テキスト(全568頁)＆講義ビデオ(683分)

第0章セミナ受講前の準備

第1章マイコンの基礎
　マイコンの歴史/本質的にコンピュータがやること/レジスタとメモリ/コンピュータ・システム/コンピュータ内の数値表現ほか

第2章 RISC-Vの登場
　RISC-Vのインパクト/RISC-V CPUコアを自作する意味/自作RISC-Vのターゲット仕様ほか

第3章メモリとバス
　- メモリ・アクセス(SoC/FPGA用SRAM)：SRAMの制御信号とタイミング/SRAMのVerilog記述/FPGA用SRAM
　- マイコンのバス(mmRISC-0版)：マルチ・レイヤ・バス・マトリクス/バスの制御信号とタイミングほか
　- mmBUSの論理設計とシミュレーション(mmRISC-0版)：システム構成/テストベンチ/Questaによる論理シミュレーション
　- ARM標準バスAHB-Lite(mmRISC-1版)：マルチ・レイヤAHB/AHB-Liteバスの制御信号とタイミング/AHB-LiteとSRAM接続
　- ARM標準バスAXI4：AXI4バスの特徴/チャネル/アクセス順序モデル/制御信号とタイミング

第4章 RISC-Vアーキテクチャ
　- RISC-Vの概要：プログラマーズ・モデル/RISC-Vシステムの基本/命令コードのアライメント/データのアライメント
　- RISC-V命令セット・アーキテクチャ：RV32I命令(基本命令)/RV32M命令(乗除算命令）/RV32A命令(アトミック命令)/
　　RV32F命令仕様(単精度浮動小数点命令)
　- RISC-Vの例外処理と割り込み
　- RISCｰVのCSR

第5章 RISC-Vプログラム開発環境
　- C/C++開発環境：RISC-V用Toolchain/Eclipse IDE
　- ソース・レベル・デバッグ(mmRISC-1)：OpenOCD
　- サンプル・プログラム
　- RTOSの基礎：FreeRTOSとその概念と使い方

第6章簡易版RISC-V「mmRISC-0」の設計
　- パイプライン型CPUの設計：CPUのブロック図/命令のパイプライン制御/データ・パスの構造/コントローラの構造/
　　実際のRTL記述
　- 周辺機能: GPIO/UART/SPI/I2C/SDRAM/TIME
　- FPGAシステム：システム・ブロック図/メモリ・マップと割込みアサイン/BOOT機能/FPGA最上位階層
　- 論理シミュレーション
　- RISC-Vコンプライアンス・テスト
　- FPGA実装
　- FPGA動作確認

第7章実用版RISC-V「mmRISC-1」の設計
　- mmRISC-1 CPUコアの論理構造：デバッグ・サポート機構/CPU命令のパイプライン動作/FPU命令のパイプライン動作
　- 周辺機能
　- 論理シミュレーション
　- RISC-Vコンプライアンス・テスト
　- FPGA実装
　- FPGA動作確認：OpenOCDとGDBの接続/Eclipseによるデバッグ操作

第8章セミナの終わりに

特徴3．確実に動く！RISC-V CPUコア実習用の教材ファイル600本以上

自分の手でソースコードを入力することはとても重要ですが，慣れるまでは，なかなか思うように動いてくれないものです．教材データとして，CPUや周辺機能(GPIO/UART/SPI/I2C/SDRAM)のVerilog-HDLソースコードのほか，論理シミュレーションやコンプライアンス・テストのソースコードや実行ファイルなどを670本提供します．

講演の目標

RISC-Vをコアにしたマイコン・システムを独自に開発することができる
セミナで教材に使ったシステムのメモリや周辺機能を拡張できるようになる
RISC-Vのさまざまなアプリケーション・プログラムの開発を通して，ハードウェアとソフトウェアを統合したシステム全体の開発ができるようになる

受講対象

CPUコアを含むマイコン・システムをSoCやFPGAに実装する方法を学びたい電子技術者や学生，趣味として楽しもうとしている方々を対象としています．

マイコン・システムのハードウェアを開発するエンジニアは，本セミナで述べるような，ソフトウェア開発やデバッグ・サポート機能，さらには周辺機能の知識や経験を持った上で取り組むと，より使い勝手の良いシステムを完成させることができるでしょう．

本製品を購入された方へ

講義ビデオと講義テキストの視聴方法は，下記リンク先(青字)をクリックし，本製品同梱の説明書に書かれたパスワードを入力してください．

講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)

「実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門」講義ビデオ_part1.mp4(5時間35分)

0:00:10 本セミナの概要と自己紹介
0:02:42 セミナ受講前の準備
0:08:03 マイコンの基礎
0:49:29 RISC-Vの登場
1:21:10 メモリとバス
1:21:35 メモリ・アクセス(SoC/FPGA用SRAM)
1:36:29 マイコンのmmbusバス(mmRISC-0用)
2:01:10 mmBUSの論理設計とシミュレーション(mmRISC-0用)
2:26:20 ARM標準バスAHB-Lite(mmRISC-1用)
2:37:59 ARM標準バスAXI4(mmRISC-x 将来用)
2:39:31 RISC-Vの概要
2:56:32 RISC-V命令セット・アーキテクチャ
3:47:40 RISC-Vの例外処理と割り込み
4:04:18 RISCｰVのCSR
4:06:20 RISC-Vプログラム開発環境
4:06:55 C/C++開発環境
5:02:57 mmRISC-1のソース・レベル・デバッグ
5:08:05 mmRISC サンプル・プログラム
5:14:28 RISC-V RTOSの基本
5:27:43 簡易版RISC-V「mmRISC-0」実習の準備

「実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門」講義ビデオ_part2.mp4(5時間48分47秒)

0:00:10 簡易版RISC-V「mmRISC-0」の設計
0:01:21 パイプラインCPUの設計
2:01:15 周辺機能
2:11:28 mmRISC-0のFPGAシステム
2:24:53 mmRISC-0システムの論理シミュレーション
2:42:52 RISC-V RV32Iコンプライアンス・テスト
2:44:45 FPGA実装
3:12:32 FPGA動作確認
3:43:31 実用版RISC-V「mmRISC-1」の設計
3:44:23 mRISC-1 CPUコアの論理構造
4:16:54 周辺機能
4:18:50 mmRISC-1のFPGAシステム
4:26:45 mmRISC-1システムの論理シミュレーション
4:50:30 RISC-V RV32IMCコンプライアンス・テスト
4:55:06 FPGA実装
5:04:57 FPGA動作確認
5:41:17 セミナの終わりに

講義資料(著作権保護のためパスワードがかけられています)

RISC-V入門セミナ_Rev02.pdf

教材ファイル(著作権保護のためパスワードがかけられています)

RISCV_seminar.zip

教材ファイル「RISCV_seminar.zip」をCドライブ直下に置いて解凍後，ディレクト構成が下記のようになるようにしてください．
　　C:\RISCV\mmRISC-0\... (ディレクトリmmRISC-0はC:\RISCVの直下)
　　C:\RISCV\mmRISC-1\... (ディレクトリmmRISC-1はC:\RISCVの直下)
　　C:\RISCV\mingw64\... (ディレクトリmingw64がC:\RISCVの直下)

実習に必要なパソコンやソフトウェア

(1)パソコンの準備．64ビットWindows 10 or 11，空きディスク30GB以上，メモリ8GB以上

(2)Raspberry Pi 4用のモニタ（HDMI），キーボード（USB），マウス（USB)の準備

本製品に付属のRaspberry Pi 4には，実習用書き込み済SDカード(64GB)をセットしてください．Raspbrry Pi 4 スタータキット付属のマイクロSDカード(32GB)は，講義では使いません．

実習用マイクロSDカードが故障などに読み込めなくなった場合は，image_file.pdfを参照してイメージ・ファイルを入手してください．本pdfファイルのパスワードは，本製品の説明書に記載されています．

(3)RISC-V入門セミナ_Rev02.pdfのpp.10～13を参照して下記のソフトウェアやライセンスを準備してください．

IntelR QuartusR Prime Lite Edition Design Software Version 21.1 for Windows
上記でインストールしたQuesta（論理シミュレーション・ツール）の無償ライセンスの取得
お好みのWindows用テキスト・エディタ
Raspberry PiとWindows PCの間で，ファイルを転送する手段を確保しておく

紹介動画


講師が自作したRISC-V CPUコア


RISC-Vプログラム開発環境の全体構造


各命令のパイプライン制御② メモリ・ロード命令


mmRISC-0システムの動作確認

講師紹介

略歴

出身地　：京都市左京区
仕事　　：1986年からマイコンLSI・半導体デバイスの設計に従事
趣味　　：1978年からマイコン・FPGA・GPUと戯れ
執筆活動：2000年からマイコンを絡めた雑誌記事と書籍を執筆

主な著書

●雑誌記事約100本程度執筆

ARMベース・システムLSI開発の事例研究，Design Wave Magazine 2006年5月号，CQ出版社．
ARM汎用プロセッサで使える汎用JTAGデバッガを自作する，Design Wave Magazine 2008年6月号，CQ出版社．
並列処理プロセッサxCORE徹底研究，インターフェース 2014年11月号～2015年6月号（連載),CQ出版社．
Cで直叩き！超並列コンピュータGPU全速力，トランジスタ技術　2019年9月号（特集），CQ出版社．

●書籍

今すぐ使えるH8マイコン基板　初版2010年，増補版2011年，CQ出版社．
2枚入り小型ARMマイコン基板　2011年，CQ出版社.
ARM PSoCで作るMyスペシャル・マイコン　基板付き　2013年，CQ出版社．
ARM PSoCで作るMyスペシャル・マイコン　開発編　　2013年，CQ出版社．
SHマイコン活用記事全集　2014年，CQ出版社．
FPGA電子工作スーパキット　2016年，CQ出版社．
MAX10実験キットで学ぶFPGA＆コンピュータ　2016年，CQ出版社．
完全版FPGA電子工作オールインワン・キット　2016年，CQ出版社．

パーツキットと講義動画でプロの技術を1日習得
スピードマスタ・シリーズ

電子回路・基板設計からプログラミングまで，エンジニアがマスタすべき技術は多岐にわたり，開発期間も短くなっています．多くの書物を読み漁ったり，玉石混交のネット情報に振り回されたりしている暇はありません．

本シリーズには，各分野の一線で活躍する技術者が厳選したパーツセット，設計の要点を効率よく解説するセミナ動画，講義テキスト，お手本ソースコードなどが同梱されています．百戦錬磨の技を一見することで，未経験の技術が驚くほど短時間で身につくだけでなく，信頼性の高いシステム開発に必要なプロの眼が養われます．

［VOD/KIT］ 実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門

概要