Interface編集部
2022年12月号 別冊付録2500円ボードで始めるFPGA開発 サポート・ページ
Interface誌 2022年12月号の別冊付録は，FPGA開発初心者向けの70ページとなっています．
記事の内容は￥2,500程度で買えるFPGAボードで試せます（一部の記事は別途モータなどが必要）．
これまで，個人でFPGA開発を試しやすい環境はあまりありませんでしたが，下記のボードとGOWINのソフトウェアによって，だれでもFPGAを体験しやすくなりました．
今回の別冊付録（Vol2）では，SystemVerilogの解説は割愛していますが，ソフトウェア開発者などにもFPGA開発を試しやすい内容になっています．FPGAで使う基礎的な回路についてはInterface誌2021年12月号の別冊付録も参照してください．
▲応用編第3章＆第4章用最新データ（GitHubリポジトリ）
▲おまけ 井田氏によるGowin FPGA LittleBeeシリーズ向けサンプル・デザイン
●ボードの入手先
ターゲット・ボードは，Gowin FPGAを搭載しているTang Nano 9K（Sipeed）です．秋月電子通商で約2500円で購入できます．
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-17448/
裏面
表面
●PCがあれば開発可能
付属のUSBケーブルでPCと接続するだけで，ビットストリームの書き込みやデバッグが可能です．
誌面では，ブレッドボードを使ってLEDマトリクスなどを制御しています．
●開発環境Gowin EDAの入手先
統合開発環境はメーカ・ウェブ・サイトより無償でダウンロードできます．
（Education版は，アカウント登録のみでダウンロード可能．開発環境実行時にライセンス不要）
記事の紹介
■基礎編第1章～第4章
●第1章 ターゲット・ボードの紹介
国内でも￥2,500程度で購入できる，FPGAボードTang Nano 9K（Sipeed）を紹介します．
GOWINのFPGAについても紹介しています．
●第2章 開発環境構築（Windows，Linux，Intel Mac）
GOWINの提供する統合開発環境 Gowin EDA のインストール方法を紹介します．
●第3章 Lチカ
HDLを書いて，まずはLEDを点滅させてみます．
●第4章 LEDマトリクス制御
▲マトリクスLED（OSL641501-ARA）の接続について
CQ と表示している．
このLEDには16本の端子があります．これらの端子と行/列（ROWおよびCOL）との対応関係はデータシートに載っています．
物理的なピンの配置は，行/列の番号順ではないので注意してください．
■応用編第1章 温度センサの値をI2Cで取得
シングル・ボード・コンピュータ（Jetson Nano）と温度センサ（MCP9808），Tang Nano 9K という構成でI2C通信を試します．
記事では，FPGAを使ったI2C通信は，簡単のため簡易的な実装としていますが，FPGAへセンサ類を接続する参考になります．
■応用編 第2章 直動スライドをステッピング・モータで駆動
FPGAでバイポーラ・ステッピング・モータを制御します．
ドライバとして67S101ANG（TOSHIBA）を使っています．
●動画1（速度制御なし）
●動画2（ランプ関数による速度制御あり）
■応用編第3章 DVI
Tang Nano 9KのHDMI端子からDVI信号を出しています．
HDMI接続できるモニタがあれば，試せます．
HDMIやDVI信号で使われるTMDS信号をFPGAで生成する方法について詳解しています．
■応用編第4章 RISC-Vソフトコアから制御するマトリクスLED
●プロジェクトの詳細な設定について
▲Use SSIP as a regular IOにチェックを入れておく
メニューの「Project」ー「Configuration」ー「Dual-Purpose Pin」で設定画面を開く
▲ブレッドボードで動作確認1
▲ブレッドボードで動作確認2
■Python編 第1章～第4章
Pythonベースの高位合成Polyphonyを使ってHDLを生成し，Tang Nano 9Kの回路をデザインします．
マトリクスLED制御や，I2C通信，DVI信号生成を行います．
●＜デバッグ（お詫びと訂正）＞
・本文中の記述に誤りがありました．
誤：「AXI Lite のバスを採用しており」と
正：「今回はPicoRV32 の簡易バスを使っています」
・補足
Tang Nano 9K のサンプル・プロジェクトの RISC-V は， axi lite の I/F も持っています．しかし，今回のプロジェクトとしては PicoRV32 の簡易バスを使っています（マトリクスLEDのプロジェクトと同じ）
・P.66のリスト7のインデント
誤：
def main(self):
from data import MSG_DATA
self.init_uart()
clksleep(10)
while is_worker_running():
for data in MSG_DATA:
self.wait_tx_not_busy()
self.write_data(data)
正：
def main(self):
from data import MSG_DATA
self.init_uart()
clksleep(10)
while is_worker_running():
for data in MSG_DATA:
self.wait_tx_not_busy()
self.write_data(data)
・P.66のリスト8
誤：
logic i_tx_en;
logic waddr;
logic wdata;
logic raddr;
logic i_rx_en;
logic rdata;
正：
logic i_tx_en;
logic [2:0] waddr;
logic [7:0] wdata;
logic i_rx_en;
logic [2:0] raddr;
logic [7:0] rdata;
●おまけ
Tang Nano 9Kより，回路規模の大きなTang Primer 20K(Sipeed)が秋月電子通商で販売されています．
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-17540/
別冊付録（Vol.2）で紹介したデザインも動きます．
▲動作確認済みデザイン
・応用編 第3章 DVI
・応用編 第4章 RISC-V
詳細はこちらを確認ください．
・Pythonで回路設計 第1章 Lチカ
「Project」－「Configuration」で設定ウィンドウを表示させ，Dual-Purpose Pinの設定をします．
SSPI，READY，DONEにチェックを入れる．
「Project」－「Set Device」でGW2A-LV18PG256C8/I7を選びます（書き込むときもこのデバイスを設定する）．
物理制約ファイル（top.cst）を次のように変更します．
IO_LOC "led_output[5]" L16;
IO_PORT "led_output[5]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led_output[4]" L14;
IO_PORT "led_output[4]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led_output[3]" N14;
IO_PORT "led_output[3]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led_output[2]" N16;
IO_PORT "led_output[2]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led_output[1]" A13;
IO_PORT "led_output[1]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led_output[0]" C13;
IO_PORT "led_output[0]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "sw0" T10;
IO_PORT "sw0" PULL_MODE=UP;
IO_LOC "clk" H11;
IO_PORT "clk" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP;
IO_LOC "sw1" T3;
IO_PORT "sw1" PULL_MODE=UP;
・Pythonで回路設計 第3章 UART
①プロジェクトをダウンロードします．
https://github.com/ryos36/Gowin-Examples
②プロジェクトをGowin EDAで開きます．
③「Project」－「SetDevice」を開く
SeriesとしてGW２Aを選びます．
その後，GW2A-LV18PG256C8/I7を選んで「OK」をクリックします．
④「Project」－「Configulation」を開く
「Synthesize」－「General」でVerilog Language:としてSystem Verilog 2017を選びます．
「Place＆Route」－「Dual-Purpose－Pin」でSSPI，MSPI，READYあたりをチェックします．
⑤物理制約ファイルを次のように書き替える
IO_LOC “clk” H11;
IO_PORT “clk” IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP;
IO_LOC “uart_tx” T6;
IO_PORT “uart_tx” IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC “uart_rx” P6;
IO_PORT “uart_rx” IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP;
⑥ビルドする
⑦ボードへビットストリームを書き込む
ラズパイのUARTに繋ぎ，cuコマンドで動作を確認しているところ
・Pythonで回路設計 第4章 UART→DVI変換
最新のダウンロードデータはこちら
上記はTang Nano 9K用ですが，次の内容を編集することでTang Primer 20Kで実行できます．
・Tang Primer 20KのFPGA（GW2A）を設定
・IP GeneratorでGW2A用にモジュールを生成
・物理制約ファイルをTang Primer 20K用に変更
