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1.
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2.
FPGAの歴史 Xilinx社 FPGAの歴史の図を引用 https://japan.xilinx.com/japan/fpga-koza/chapter01.html 2 74シリーズ 加算器、メモリ、 シフトレジスタ PCIブリッジ IEEE1394 PAL, GAL
3.
FPGAとは? FPGA(Field-Programmable Gate
Array) PLD(Programmable Logic Device)の一種 つまり、ICチップ 製造後にICチップの機能を書き換えることができるIC チップ ICチップ製造時は空 プログラムをダウンロードして初めて機能する 3
4.
FPGAメーカーと種類 Xilinx Spartanシリーズ
Artix-7, Kintex-7, Virtex-7 (28 nm process) UltraScale (20 nm process) UltraScale+ (16 nm process) Zynq(CPU+FPGA) Zynq UltraScale+(CPU+FPGA) Intel Cyclone V, 10 Arria V, 10 Stratix V, 10 SoC FPGA(CPU+FPGA) Lattice Semiconductor Machシリーズ Microsemi 4
5.
FPGAの基本構成 LUT(LookUp Table)+FF(Flip
Flop) 2入力LUTの例、実際は4入力or 6入力LUT 5 input0 input1 output0 LUT Q Q SET CLR D output1
6.
LUTの構成 LUTはROM 入力に対応する出力が表になっている 6 AND input0
input1 output1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 OR input0 input1 output1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 XOR input0 input1 output1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
7.
FPGAの仕組み 7
8.
FPGA(7シリーズ)の構成要素1 CLB(Configurable Logic
Block)-2個のSlice Sliceの構成 6入力1出力LUT x 4 FF x 8 マルチプレクサ 演算用キャリーチェーン 8
9.
FPGA(7シリーズ)の構成要素2 Clock Management
CUT(Clock Management tile) x 24 MMCM(Mixed-Mode Clock Manager) PLL(Phase-Locked Loop) Block RAM Dual-port 36 Kb block RAM( 72ビット幅まで) DSP(Digital Signal Processor) 25 x 18の2の補数乗算器、48ビット出力 Input/Output 1,866 Mb/s DDR3サポート ISERDES and OSERDES 9
10.
FPGA(7シリーズ)の構成要素3 Low-Power Gigabit
Transceivers 6.6 Gb/s (GTP) 12.5 Gb/s (GTX) 13.1 Gb/s (GTH) 28.05 Gb/s (GTZ) PCI Express Designs Gen1 (2.5 Gb/s) Gen2 (5 Gb/s) Gen3 (8 Gb/s) XADC (Analog-to-Digital Converter) Dual 12-bit 1 MSPS analog-to-digital converters (ADCs) Up to 17 flexible and user-configurable analog inputs 10 7 Series FPGAs Data Sheet: Overview DS180 (v2.6) February 27, 2018 から引用
11.
Xilinx社のFPGA用ツール Vivado Xilinx社のFPGA用ツール
Vivadoシミュレーター Vivadoロジック・アナライザ Vivado HLS(高位合成ツール) Vivado IPインテグレーター IPをグラフィカルに接続するツール SDSoC(Zynq用高位合成統合ツール) SDAccel(OpenCL対応高位合成ツール、クラウドで使用) 11
12.
Vivadoの種類 Vivado HL
WebPACK Edition(無料)でのサポート・ デバイス Zynq UltraScale+ MPSoC (XCZU2CG/EG、 XCZU3CG/EG) Zynq®-7000 All Programmable SoC (XC7Z007S – XC7Z7030) Spartan-7 (XC7S50) Artix®-7 (XC7A15T、 XC7A35T、XC7A50T、 XC7A75T、XC7A100T、 XC7A200T) Kintex®-7 (XC7K70T、 XC7K160T) Kintex UltraScale™ (XCKU025 – XCKU035) Kintex UltraScale+ (XCKU3P, XCKU5P) 12 https://japan.xilinx.com/products/design-tools/vivado/vivado- webpack.htmlから引用
13.
Vivadoのデザイン入力 HDL Verilog-HDL、VHDL、SystemVerilog
IPを使用する IPインテグレータ C関連言語 C、C++、SystemC C言語からVivado HLSでIPを生成 MATLAB、Simulink System Editionのみ 13
14.
Vivado 14
15.
Verilog-HDLファイル 15
16.
VHDLファイル 16
17.
IPインテグレータ 17
18.
Vivado HLS 18
19.
シミュレーション HDLやIPインテグレータで回路を書いた後で、シミュレーショ ンを行う テストベンチという入力波形を記述したHDLファイルを作る
作成した回路の反応をテスト 19
20.
シミュレーション波形の例 20
21.
Vivadoの合成手順 論理合成(Synthesis) HDLからハードウェア素子を推論し、素子間の配線情報に 変換
インプリメンテーション(Implementation) FPGAの実際の素子の配置を決定し、配線する ビット・ファイルの生成(Generate Bitstream) FPGAの回路情報(ビット・ファイル)の生成 LUTのテーブル定義 配線情報 BRAMの初期データ 21
22.
実機テスト ビット・ファイルをFPGAにダウンロードして実機動作テスト 正常に動作しない場合
Vivado Analyzerで波形を確認 Vivado Analyzer FPGAで動作する回路にAnalyzerを接続して波形を観察 AnalyzerはFPGA内に構築するので外部機器は必要無し 信号のTriggerで波形キャプチャ開始 信号の立ち上がり 信号の立下り レベル 22
23.
Vivado Analyzer 23
24.
Vivadoのインストール Xilinx Japanのダウンロードサイトよりインストーラーをダウン ロード
https://japan.xilinx.com/support/download.html ウェブ・インストーラーとシングル・ファイル・ダウンロード ウェブ・インストーラーがお勧め 必要なファイルだけをダウンロード Windows用とLinux用 ダウンロードにはXilinxのアカウントが必要 初めての時はインストーラーをクリックした際のサインインの画面 で「アカウントの作成」をクリック インストール方法についてはリリースノートを参照のこと https://japan.xilinx.com/support/documentation/sw_manual s_j/xilinx2017_4/ug973-vivado-release-notes-install- license.pdf 24
25.
Vivado HLS C、C++、System
CからVHDL、Verilog HDLに変換するツー ル 検証 CのテストベンチでC言語レベルで検証 CのテストベンチでRTLシミュレーション(C/RTL協調シミュレー ション) Cコードの合成 C、C++、System CからHDLを生成 遅延時間制約を変更すれば回路の動作周波数を変更可能 IP生成 IP生成時にVivadoで動作周波数をチェックできる 25
26.
Vivado HLS→Vivadoの手順 26
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