FPGA コース – ドット マトリックス VHDL コースについて知っておくべきことすべて
過去 6 か月間取り組んできた VHDL と FPGA のコースが完成し始めたことを発表できることを嬉しく思います。このコースは現在ベータ版で、今年の秋に初めて開始する予定です。
FPGA コースの対象者は?
FPGA コースは、他のプログラミング言語の知識はあるが、VHDL と FPGA は初めての開発者を対象としています。このコースでは、初級または中級レベルから、高度な VHDL コーディング構造を理解して使用できるようになります。
このコースは、FPGA 開発を任されたプロのソフトウェア エンジニアに最適です。ハードウェア設計に興味があり、FPGA 開発への転職を考えている学生やフリーランサーにも適しています。
基本的なプログラミング スキルを持っている人なら誰でも、このコースで学ぶ実践的なアプローチの恩恵を受けることができます。私たちはゼロから本物の物理的な製品を開発しています。 FPGA エンジニアである私に依頼された場合、この問題をどのように解決したかを正確に示しています。
プロジェクト
ドットマトリクス LED ディスプレイ コントローラは、このコースで作成する製品です。現在、屋外の大型看板や情報表示には、ドットマトリクス LED ディスプレイが一般的に使用されています。ただし、安価な LCD ディスプレイが登場する前は、デジタル時計や自動販売機などの小型デバイスに使用されていました。
必要に応じて、シミュレーションのみの演習としてコースを実行できます。ハードウェアや FPGA 開発ボードを購入する必要はありません。ただし、必要に応じて独自のプロトタイプを作成することもできます。すべての情報はコースに含まれています。
Lattice iCEstick FPGA 評価キットは、このコースで使用される FPGA 開発ボードです。この 25 ドルのボードには、1280 個のロジック エレメントと 64 kb のブロック RAM を備えた iCE40 HX1K FPGA が搭載されており、このアプリケーションには十分すぎるほどです。 iCEstick ボードは、ブレッドボードに直接差し込むことができます。これは、プロトタイプを作成するときに行います。
64 個の LED を備えた 8×8 ドット マトリックス LED ディスプレイを制御できる FPGA 実装を作成します。 FPGA は、各 ASCII 文字のレンダリング方法に関する情報をブロック RAM に保存します。
FPGA ボードにある USB コネクタを使用して、FPGA にテキストを送信できます。コンピューターのシリアル ターミナルに入力すると、ドット マトリックス ディスプレイにテキストが表示されます。 FPGA は、コースで作成した UART トランシーバーを使用して、文字をシリアル ターミナルにエコー バックします。
プロトタイプの作成に使用されるすべての部品、消耗品、ツールについては、部品表 (BOM) を参照してください。
FPGA コースの構造
120 のレクチャーは 17 のセクションに分かれており、動画の長さは平均 10 分です。扱いやすいように、複雑な内容を意図的に複数の短い講義に分割しました。各セクションでは、VHDL モジュール、テストベンチ、または VHDL および FPGA デザイン内の概念について説明します。このコースでは、すべての概念と設計上の決定事項について説明します。
はじめに セクションでは、必要なソフトウェアをインストールし、開発環境をセットアップします。次のセクションでは、Lattice iCEstick FPGA 開発ボード、およびドット マトリックス ディスプレイとサポート回路のアナログ回路図を示します。
基本的な VHDL の知識しかない場合でも、進行状況を確認できるように、コーディング セッションで行うすべてのことを説明します。私たちが書いたコードを、あなたが知っている他のプログラミング言語に関連付けることができます。
このコースでは、VHDL プラグインを備えた Visual Studio Code (VSCode) エディターを使用します。 VSCode は、現時点で最も人気のあるプログラミング エディターの 1 つであり、完全に無料です。 VHDL プラグインのテンプレート スニペットを使用して、単純で反復的なコードに時間を費やすことを避けます。ただし、VSCode は、実際に何が起こっているのかを理解していなくても自動的にコードを完成させる IDE ではありません。
すべての VHDL モジュールを個別に合成し、合成ツールによって作成された回路図を調べます。これは、RTL (レジスタ転送レベル) 生成モジュールを生成する各コーディング セクションの最後の講義として行います。これらのレッスンは、各コード行がデジタル ロジックにどのように変換されるかを理解するための貴重なスキルを教えてくれます。
ドット マトリックス LED コントローラー FPGA コースでは、適切な VHDL 設計手法を学習できます。すべての設計階層で各モジュールのテストベンチを作成することにより、チップの電源を初めて投入するときに正しく動作します。ハードウェアを開発する場合、試行錯誤は実行可能な戦略ではありません。このコースでは、プロの FPGA エンジニアとしてセルフチェック テストベンチを開発する方法を学びます。
ModelSim PE Student Edition は、最も一般的に使用される VHDL シミュレータであるため、コースで使用されます。シミュレーターの学生版は無料でダウンロードできます。これは、このコースで使用されるすべてのソフトウェアに適用されます。
最後に、ブレッドボードで物理プロトタイプを作成し、FPGA で設計を実装してコースを締めくくります。真実の瞬間は、デバイスを USB ポート経由でコンピュータに接続し、シリアル ターミナルに入力するときです。文字はドット マトリックス LED ディスプレイに表示されますか?
これは、厳格な検証体制を持つことの利点が明らかになったときです。私たちが対処しなければならない問題は、純粋な FPGA 愛好家プロジェクトの最初の結果である応答しないチップよりもはるかに簡単に解決できます。
FPGA コースで学べること
プロの FPGA エンジニアとしてタスクに取り組む方法を学びます。このコースでは、VHDL のスキルを、VHDL の課題に自信を持って取り組めるレベルにまで高めます。
これらは一部です このコースで学べること:
高度な VHDL 機能
- パッケージ、レコード、およびサブプログラム
- 保護された型 (VHDL クラス)
- アクセス タイプ (VHDL ポインタ)
- ジェネリック
'last_eventなどのシグナル属性 または'stable- 階層信号参照などの VHDL-2008 機能
高度なテストベンチ戦略
- 検証コンポーネント
- バス機能モデル
- セルフチェック VHDL テストベンチ
- インタラクティブな TCL 駆動型テストベンチ
FPGA 設計ツールの使用
- ModelSim VHDL シミュレーター
- Synplify Pro 合成ソフトウェア
- Lattice iCEcube2 設計ソフトウェア
- ピンの割り当てとクロックの制約
- 合成、配置、配線
コースについてもっと知りたいですか?
2019 年 9 月 21 日更新: コースを修了しました。
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未定 .
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