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［VOD/KIT］一緒に動かそう！Lチカから始めるFPGA開発【基礎編＆実践編】

GPIO/A-D変換からI$^2$C/シリアル通信，ModelSimによるシミュレーション，Niosの利用方法まで



ロジック・エレメント50000個の大規模FPGA，USBデバッガ，周辺部品満載の定番キットで学ぶ

本VOD製品は，インテル製FPGA MAX10を搭載したスタータキット DE10-Liteと講義ビデオ，講義テキスト，開発・実習用ソースコードのセット商品です．

開発ツールQuartusやFPGAボードDE10-Liteの動かし方から始めて，製作物のレベルを徐々に上げながら，本格的なディジタル回路設計を始めるために必要な知識を全般的に取得します．

基礎編は，1つの回路モジュールを作って動かすことがテーマです．論理設計の教科書を頭から順に解説していくスタイルは採らず，ボード上で回路を実際に動かしながら，簡単な回路例から複雑・高度な動きのできる回路例へ機能拡張をしていくスタイルで説明を進めます．

実践編は，複数のモジュールを連携動作させて複雑な処理を行ったり，いろいろなデバイスとつなぐことをテーマにします．そのうえで必要となってくるRTLシミュレータ ModelSimやオンチップ・プロセッサ Niosの利用についても体験できます．

これらの過程で自然に回路設計の知識が増え，理解が進むことを期待できます．

同梱の説明書には，講義ビデオ，講義テキスト，お手本ソースコード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．

目次

基礎編

  1. スイッチ入力をLED出力する回路を動かす
    ～ツールの動かし方とI/O・組み合わせ回路の基礎を学ぶ～
  2. 7seg-LED時計を動かす
    ～時間経過によって動く順序回路の基礎を学ぶ～
  3. 回路誤動作の観察と安定動作させる対策
    ～ハザードなどを観察し同期回路の重要性を学ぶ～
  4. ストップ・ウォッチや平方根計算回路を動かす
    ～処理を順番に進めるためのステート・マシンを学ぶ～
  5. IPコア（既成部品）の生成や接続の仕方
    ～ADCの接続スイッチ＆$\mathrm{I}^2\mathrm{C}$センサの接続～
    ～ステート・マシンを組み合わせて複雑な処理を作る～
  6. DE10のいろいろなI/O利用
    ～パソコンとのシリアル・データ送受信，SDRAM，VGA～

実践編

  1. RTLシミュレーションの基礎
    ～ModelSimを触ってみる～
  2. 実際的なシミュレーション
    ～テストデータ入出力～
  3. 複数ステートマシンの連携
    ～複雑な動作 ($\mathrm{I}^2\mathrm{C}$ インターフェース)～
  4. 複数モジュールの連携
    ～データの伝送（画像変換）～
  5. ソフトコア・プロセッサNiosの動かし方
    ～FPGAにCPUを載せる～
  6. Niosと自作回路の連結
    ～CPUインターフェース～

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」

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)

講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)

補助資料(著作権保護のためパスワードがかけられています)

  1. Quartus Primeライト・エディション 20.1.1 インストール手順
    Quartus_install.pdf
  2. 基礎編で利用するVerilog HDLソースコード(全25本)
    sample_design1.zip
  3. 実践編で利用するVelog HDLソースコード(全19本)
    sample_design2.zip

講義の目標

  • ディジタル回路設計の基礎知識を体感的に身につけ，思いどおりの動きをする回路を作れるようになるための土台を固める
  • FPGAを使うことによって，マイコンやPCではできない何が可能になるのかを掴む

受講対象

  • とくに電子情報分野を専門とはしていないが，これからFPGA回路設計を業務・授業で行うことになった技術者・学生
  • 個人でFPGA設計を楽しんでみたい方
  • マイコン上での基本的なCプログラミング経験
  • 1モジュール程度のHDL設計経験

実習に必要となるもの

  • Quartus Prime ライトエディション（無償）の最新版（20.1.1以上）のインストール
  • 上記ソフトが滞りなく動く程度のパソコン（Windows 10またはlinux, メモリ最小8GB程度，プロセッサ最低2GHz程度）
  • Windows Subsystem for Linux (WSL, 無償)のインストール（実践編で利用）
  • Nios II SBT (Software Build Tools) for Eclipse（無償，リンク先 CDT8.8.1）のインストール（実践編で利用）

紹介動画

演算ビット幅の扱い
ModelSimによるシミュレーションのようす
Niosと自作回路の連結：PWM信号の生成IPの作成例

講師紹介

略歴

NTT，IBM，Sony，NECの各研究所において高性能回路IPやハイレベルシンセシスの研究，およびプレイステーションなどの製品用SoC開発に従事した後，現職にて民間宇宙ロケットの飛行制御コンピュータの研究開発に従事．FPGAや高位合成を活用している．

主な著書

  1. ［VOD/KIT］一緒に動かそう！Lチカから始めるFPGA開発【基礎編＆実践編】，ZEPエンジニアリング．
  2. ［VOD/KIT］Xilinx製FPGAで始めるHDL回路設計入門，ZEPエンジニアリング．
  3. ［VOD/Pi KIT］カメラ×ラズパイで一緒に！初めての画像処理プログラミング，ZEPエンジニアリング．
  4. USBカメラの動画キャプチャ＆描画用 PythonプログラムZEPエンジニアリング．
  5. FPGA/Zynqで作るカスタム・コンピュータ・チップ，ZEPエンジニアリング．
  6. Lチカ入門！ソフトウェア屋のためのHDL事はじめ，ZEPエンジニアリング．
  7. HDLによる高性能ディジタル回路設計，CQ出版社．
  8. LSI/FPGAの回路アーキテクチャ設計法，CQ出版社．
  9. Raspberry Pi 4 画像認識などのデータ処理，インターフェース2020年9月号，CQ出版社．
  10. カメラ画像センシングの世界を知る，インターフェース2019年7月号，CQ出版社．
  11. 連載ラズパイ式走るリモート探査カメラ，インターフェース2015年11月号～2017年3月号，CQ出版社．
  12. 特集ラズベリーパイ×カメラで本格派画像処理，インターフェース2014年1月号，CQ出版社．
  13. HDLによる高性能ディジタル回路設計，CQ出版社．
  14. LSI/FPGAの回路アーキテクチャ設計法，CQ出版社．
  15. トランジスタ技術SPECIAL No.155 宇宙ロケット開発入門，CQ出版社．


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百聞は一見に如かず！パーツキットと講義動画でプロの技術を1日習得
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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．

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