【FPGA備忘録】No1 FPGAをはじめる
2022/2/27
突然ですが、FPGAを使いこなせるようになろうと思います。
理由はいくつかあるのですが、一番の理由は会社で必要になったからです。
私は、自動車部品を扱うメーカーの開発をしております。
そのなかで、最近の自動車メーカーのトレンドは、やはり自動運転。
自動運転は、多くのセンサーの情報を瞬時に処理して、制御に反映させていかなければならず、
従来のマイコンではとてもメモリーが足りません。そこで、車載部品の制御系は、より高速で、最適化できるＣＰＵである、ＦＰＧＡやＧＰＵを
扱うことが求められてきています。
勤め先の会社も、その波が来初めており、FPGAに着手する必要が出ました。
と、言っても、私は入社してまだ3年であるため、最前線で開発するわけではないですが、間違いなく身に着けておかないと、車載でさえも通用しなくなってきています。
そこで、まずは趣味でFPGAをいじろうとおもいます。
そもそもFPGAとは
FPGA （Field Programmable Gate Array）とは、設計者が現場で論理回路の構成をプログラムできる、ゲート（論理回路）を集積したデバイス。
製造後は回路構成を変更できないLSI（集積回路）に対し、プログラムにより内部の回路構成、つまり処理内容を変更可能であることからこのように呼ばれます。近年はADコンバータやマイコンを内蔵したFPGAもあります。デバイスの見た目はLSIと何ら変わりなく、製造プロセスも同じですが、デバイス内部の処理内容を設計者が変更できる点が異なります。
XILINX社のARTY S7を買ってみました
試しにFPGAを試すにも、どこの何を使えばよいか迷いました。
FPGAを製造しているメーカーは大きく二つ。
XILINX (AMD) とALTERA（Intel）の二つです。ほかにも、Lattice社やRenesasも参入していますが、まだ未熟であることと、私がかかわる車載においては、トヨタがIntelと協力し合い車載FPGAの開発を推し進めている他、ホンダ、日産系の日立オートモーティブシステムズは、XILINX社とFPGAの開発に注力しているネット記事を見かけました。なので、メーカーはXILINXかALTERA（Intel）のどちらかでしょう。
アキバの部品屋さんの通販を見ると、やはりIntelは高めです。なので、XILINXのFPGAから始めようと思いました。
秋月電子の通販を見ると、比較的新しいチップで、お手頃価格なＦＰＧＡ開発ボード、ARTY S7を買うことにしました。
Xilinx社のSpartan7を評価するボードです。FPGAを使用した高度な開発が可能です。
■特長
・ツール統合、サンプルプロジェクト、チュートリアルなど、Vivadoの完全サポート
・MicroBlazeソフトプロセッサの設計に十分対応
・256 MB DDR3Lメモリと16 MB Quad-SPIフラッシュ
・アドオンハードウェアデバイス用ArduinoシールドおよびPmodコネクタ
・JTAGおよびQuad-SPIフラッシュからプログラム可能
1個 ￥12,830（税込） 秋月電子
ARTYが到着
早速注文したARTYが到着しました。
思ったよりは、小さいサイズ感です。
FPGA開発ソフト Vivadoのインストール
ダウンロード手順
さっそく、FPGAを開発するソフトをインストールしましょう。
XILINXの場合、ソフトはVivadoになります。
Vivadoには、スタンダードとエンタープライズがありますが、スタンダードであれば、無料でダウンロードすることができます。
下記のリンクからダウンロードしてみましょう。
スタンダードを選択し、「Download from Download Center」を押します。
すると、Windows版、Mac版、Linux版がそれぞれ選択できます。
写真の赤枠で囲ったリンクをクリックしましょう。
すると、アカウント作成を求められるので作成しましょう。
ログイン後、もう一度写真のリンクをクリックするとexeファイルがダウンロードされます。
インストーラがダウンロードできたら、起動しましょう。写真のような画面が表示されます。
インストール手順
・アカウント作成時の登録したメールアドレスとパスワードを入力
・Download and Install Nowにチェック
・Nextをクリック
・Vivadoを選択
・Nextをクリック
・Vivado ML Standardを選択
・Nextをクリック
・Nextをクリック
・すべてに同意する
・Nextをクリック
・保存先を確認（デフォルトではCドライブ直下に置かれます）
・Nextをクリック
・使用する容量が42GB程度です。
お使いのPCに空き容量が十分にあることを確認してください。
・Installをクリック
Installが開始されます。
私の場合、wifiの回線を使っていたため、ダウンロードに7時間かかりました。
インストール完了！
デスクトップにはアイコンが4つ並びますが、
主に使うのは、「Vivado 2021_2」のみです。
プロジェクトを作成
Vivadoを立ち上げると、Quick Start画面になります。
「Create Project」をクリック。
Nextをクリック
プロジェクト名を任意で入力します。
・Nextをクリック
プロジェクトタイプですが今回は、「RTL-Project」を選択
・Nextをクリック
「Create File」をクリック
使用するFPGAチップを選択
Arty S7の場合、「XC7s50csga324-1」を選びます。
・Nextをクリック
すると、写真のように、プロジェクトが作成されます。
次回以降、このプロジェクトを使って、様々なプログラムを組んでいこうと思います。
