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FPGAマガジン No.18


は じ め て の ス ペ ク ラ ム 解 析 FP 集 は じ め て の す ぐ , 子 取 あ り 豕 ず 000 、 0 000000 ~ = 発 売 中 FPGA マ ガ ジ ン No. 17 フ ー リ エ 変 換 で 周 波 数 特 性 ま る わ か り / ス ペ ク ト ラ ム 解 析 FPGA マ ガ ジ ン 編 集 部 編 B5 判 144 ペ ー ジ 定 価 ・ 本 体 2 , 200 円 十 税 デ ィ ジ タ ル 信 号 処 理 の 代 表 格 と 言 え ば , 高 速 フ ー リ エ 変 換 (Fast Fourier Transform, FFT ) が あ げ ら れ ま す . FFT は 応 用 範 囲 も 非 常 に 広 く , さ ま ざ ま な 信 号 処 理 で 使 わ れ て い ま す . 本 特 集 で は 今 回 の 企 画 向 け に , FFT の 変 換 動 作 の イ メ ー ジ が 理 解 で き る よ う に , ス マ ー ト フ ォ ン 用 ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 用 意 し ま し た (Windows 版 ア プ リ ケ ー シ ョ ン も 準 備 予 定 ). ま す は こ の ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 使 っ て , FFT と は ど う い う も の か , そ の 動 作 メ カ ニ ズ ム を ア プ リ を 動 か し な が ら 学 べ ま す . FFT の イ メ ー ジ が つ か め た と こ ろ で , 次 は C 言 語 で FFT 処 理 を プ ロ グ ラ ミ ン グ し て み ま す . ま ず は ア ル ゴ リ ズ ム 通 り に 浮 動 小 数 点 演 算 を 使 っ て 計 算 し , そ の 次 に HDL 化 を 見 越 し て 固 定 小 数 点 演 算 の み で 計 算 す る プ ロ グ ラ ム に 改 良 し て み ま す . 固 定 小 数 点 演 算 で FFT が 計 算 で き た ら , そ の C プ ロ グ ラ ム を 高 位 合 成 ツ ー ル を 使 っ て RTL に 変 換 し て FPGA に 実 装 し て み ま す . そ し て 最 終 段 階 と し て , C 言 語 で 己 述 さ れ た FFT 処 理 と 同 等 の 回 路 を , ハ ー ド ウ ェ ア の 構 造 を 考 え な が ら 最 適 な 形 で HDL で 書 き 直 し , FPGA に 実 装 し て み ま す . FFT の 応 用 事 例 と し て 特 集 の 最 後 で は , 定 番 評 価 ポ ー ド ZYBO の オ ー デ ィ オ 入 力 を 使 っ て , オ ー デ ィ オ ・ ス ペ ア ナ を 製 作 し て み ま す . プ ロ ロ ー グ デ ィ ジ タ ル 信 号 処 理 で よ く 使 わ れ る 高 速 フ ー リ エ 変 換 第 1 章 ア プ リ を 使 っ て 入 力 音 声 の 周 波 数 成 分 を 見 て み よ う 第 2 章 ア プ リ で 動 作 が わ か る ! 高 速 フ ー リ エ 変 換 の イ メ ー ジ 第 3 章 高 速 フ ー リ エ 変 換 の C 言 語 プ ロ グ ラ ミ ン グ 第 4 章 高 位 合 成 で C ソ ー ス か ら 楽 々 ハ ー ド ウ ェ ア 化 第 5 章 手 仕 上 げ HDL で 高 速 フ ー リ エ 変 換 を さ ら に 速 く ! 第 6 章 定 番 ポ ー ド ZYBO で 動 か す オ ー デ ィ オ ・ ス ペ ア ナ の 製 作 Appendix1 音 声 だ け で な く 画 像 処 理 で も 使 え る FFT Appendix2 パ ソ コ ン で FFT の 入 出 力 を 検 証 す る 方 法 プ ロ グ ラ ム 1 つ だ け で ハ ー ド も ソ フ ト も / C/C + + で FPGA No. 16 車 に 農 業 ! ? 時 代 の チ ャ レ ン ジ ! リ ア ル タ イ ム 動 画 認 識 No. 15 XiIinx も AItera も 無 償 時 代 ! 最 新 C 開 発 ツ ー ル 大 研 究 NO. 14 ワ ン チ ッ プ FPGA = MAXI 0 No. 13 ARM コ ア FPGA><Linux 初 体 験 No. 12 性 能 UP ! ア ル ゴ リ ズ ム >< 手 仕 上 げ HDL No. 11 や つ ば り 楽 ち ん ! C 言 語 >< FPGA No. 10 ハ イ レ ゾ 24 / 32 ビ ッ ト ! オ ー デ ィ オ >< FPGA No. 9 ア ナ ロ グ ・ ミ ッ ク ス ! FPGA><A-D/D-A 変 換 No. 8 モ ー タ & ロ ポ ッ ト >< FPGA N07 カ メ ラ >< 画 像 処 理 ><FPGA No. 6 Linux/Android >< FPGA No. 5 高 速 シ リ ア ル ATA><FPGA No. 4 高 速 Ethernet >< FPGA No. 3 USB 3.0 >< FPGA N02 高 速 ビ テ オ ・ イ ン タ ー フ ェ ー ス >< FPGA No. 1 Tel: ( 03 ) 5395-2122 http: 〃 shop ℃ qpub. co. jp/ CQ 出 版 杠 ・ 、 イ エ ン ド ・ デ ィ シ ワ ル を 雋 の 専 門 誌 h 明 p ” rqpubCOW ジ ン 6 0 Array 一 三 ロ CQ FPGA マ ガ ジ ン バ ッ ク ・ ナ ン バ B5 判 No. 1 ~ 16 : 定 価 : 本 体 価 格 2 , 200 円 十 税 あ り 豕 す

FPGAマガジン No.18


FPGA マ ガ ジ ン No. 18 リ ス ト 3 ReadSwitch プ ロ グ ラ ム を コ ン バ イ ル す る た め の Makef ⅱ e CC=mips-mti-e1f LD=mips-mti-e1f -mti-elf-objdump . S . 0 : ー f ー f ー f ー f # microAptiv UP makefile for M 工 PSfpga ifndef MIPS ELF ROOT $ (error endif OD=mips SZ=mips CFLAGS LDFLAGS M 工 PS ELF ROOT must be set tO point し 0 し 001kit 土 ns し a11a む 土 on r00 し ) =m14kc CSOURCES= ma 1 n . C $ (COBJECTS) ー 0 FPGA Ram . elf $ (LDFLAGS ) $ (AOBJECTS ) FPGA RAM : $ (AOBJECTS ) $ (COBJECTS ) AOBJECTS=$ (ASOURCES : . S= . 0 ) COBJECTS=$ (CSOURCES : . c= . 0 ) a11 : FPGA RAM OC=mips-mti-e1f-Objcopy -mti-elf ー 01 ー 9 ー S 1 Z e -EL -c -msoft-float —march -EL -msoft-float -march 引 S Z ) 引 OD ) 引 OC ) FPGA Ram . e1f - D ー S -1 FPGA Ram . e 1 f > FPGA Ram dasm . txt ー D FPGA Ram . e 1 f > FPGA Ram modelsim . し x む ー 0 s re c F PGA Ram . r e c =m14kc -WI , -Map=FPGA_Ram map . txt # Set up the link addresses for a bootable C program on M 工 PSfpga FPGA Ram . e1f $ (CFLAGS) $< $ (CFLAGS) $ く LDFLAGS + = ~ 中 略 ~ # Set the LDFLAGS + = ASOURCES= boot . S ー T uhi 3 2 . 1 d entry po 土 n む し 0 the ー WI ー ー e ′ Oxb f c 0 0 0 0 0 true hard ー re S e に address rm rm rm rm rm rm rm FPGA Ram dasm . txt FPGA Ram modelsim . し x し FPGA Ram map . txt FPGA Ram . rec FPGA Ram . elf ☆ . 0 -rf MemoryFi1es し (-msoft-float), ま た M14K MIPS ア ー キ テ ク チ ャ を タ ー ゲ ッ ト と す る こ と を 指 示 し ま す . ス タ ッ ク な ど が メ モ リ の ど こ に 置 か れ る か を 示 し て い (LDFLAGS + = ・ ・ ・ ) は , プ ロ グ ラ ム , プ ー ト ・ コ ー ド , に ロ ー ド さ れ る か を 示 し ま す . LDFLAGS の 続 き プ ー ト ・ コ ー ド , デ ー タ を , メ モ リ の ど こ に ど の よ う FPGA_Ram Ⅲ ap. に x し フ ァ イ ル は , プ ロ グ ラ ム , ク リ ン ナ ッ プ ま す . き ま す . も っ と 大 き な プ ロ グ ラ ム を 作 成 し た 場 合 に は , MIPSfpga の メ モ リ 空 間 に 簡 単 に 載 せ る こ と が で ト で , 全 体 と し て 11408 ( 0X2C90 ) バ イ ト で す . こ れ ( 0 に 初 期 化 さ れ る ス タ テ ィ ッ ク ・ デ ー タ ) は 1072 バ イ 9132 バ イ ト で , デ ー タ は 1204 バ イ ト , bss セ グ メ ン ト の サ イ ズ を 図 1 5 の よ う に 出 力 し ま す . テ キ ス ト は コ ン パ イ ル の 終 わ り に MakefiIe は , 実 行 フ ァ イ ル c) を も う 一 度 コ ン パ イ ル す る こ と も で き ま す . プ ロ ン プ ト に make と 打 ち 込 ん で , プ ロ グ ラ ム ( ma 土 n . デ ィ レ ク ト リ を き れ い に す る だ け な ら , コ マ ン ド ・ $ make clean ト の と こ ろ に , 次 の よ う に 入 力 し て く だ さ い . デ ィ レ ク ト リ か ら 消 去 す る に は , コ マ ン ド ・ プ ロ ン プ る か を 示 し ま す . コ ン パ イ ル 中 に 生 成 し た フ ァ イ ル を ン パ イ ル 途 中 に 生 成 し た 中 間 フ ァ イ ル な ど を 消 去 ) す イ ル し , デ ィ レ ク ト リ を ク リ ン ナ ッ プ ( す な わ ち , コ MakefiIe の 続 き は , ど の よ う に プ ロ グ ラ ム を コ ン パ は , MIPSfpga の 物 理 メ モ リ に 入 る こ と を 確 認 す る た こ の 数 字 を チ ェ ッ ク し て く だ さ い . め に コ ン バ イ ル 後 に 生 成 さ れ る フ ァ イ ル make を 実 行 後 は , ReadSwitches デ ィ レ ク ト リ に 次 の フ ァ イ ル が 生 成 さ れ て い る は ず で す . ・ F PGA Ram . e 1 f FPGA Ram. elf は , コ ン パ イ ル の 一 番 重 要 な 出 力 結 果 で す . ELF (executable and linkable Format) 実 行 形 式 で , MIPSfpga コ ア の メ モ リ に ロ ー ド さ れ る プ ロ グ ラ ム で す . ・ FPGA Ram dasm . txt FPGA Ram dasm. し x に は 実 行 形 式 の 逆 ア セ ン プ ル 結 果 で す . 人 間 が 読 め る text 形 式 に し た ELF フ ァ イ ル で , ア セ ン プ ラ ま た は C の ソ ー ス コ ー ド , そ し て 命 令 ア ド レ ス と 命 令 が 示 さ れ て い ま す . ・ FPGA Ram modelsim . むXし FPGA Ram modelsim. にXに は , 人 間 が 読 め る ELF :Vcd ト ー PStpga - F ndament ヨ ー 5 、 Xi ー 、 L ヨ わ 02- C 、 R20053 ー に 0 れ 25 C : \MIPSfpga_Fundament き 10 \ X i 1 inx\Lab02—C\ReadSui t0h05 > 第 ake 盟 ips - 第 ti - ・ If - 900 -EL - 第 soft - f10 t - ma 「 ch : 第 14k0 -国1. -Hap=FPGA 2 日 第 - m 己 P txt uhi -00f0 リ 第 . -_f 1 ョ も h ー ら pp _Gtart : 0X80C 32 . ld -ldi . - defc リ , fl ~ sh ー st ョ r い 0Xbf000000 ・ リ 1 . - defs リ m ~ ー st き ck : 0X80040000 - い し - def 眄 第 . ー app -9tar い 0X80000000 1 . 00000 - い 1 、 第 enor リ - size : 0X1f860 - 1 . -0.0Xbf030000 bOOt . 0 m 日 一 0.0 - 0 FPGA - Ra 第 . 01f def$ リ m . い 、 物 ー PSfpga , Fund き m ・ れ t 己 ls 、 Xilinx 、 L ョ b02- C 、 、 Re ョ dS い it ( れ 0 も ) 市 iP$ - 第 に i - ・ 一 f - Objcop リ FPGA P 第 . ・ If -0 0r00 FPG 自 - R ョ . 「 ec nips-mti-elf-objdump -D FPGA-Ra1i . ・1f ) FPGA-Ram-modeisimftxt Niips-mti-elf-objdump - 0 "S -1 FPGA—Pam.elf > FPG 自 』 己 第 - d05 ル tx に 1 1 08 1072 9132 1204 2090 FPGA Ram . 01f d ・ 0 b00 data text hex fi 10n 日 第 0 mips-mti-elf-size FPGA-Pam. を1f 図 15 6 make 実 行 時 の 表 示 例 C プ ロ グ ラ ミ ン グ と ダ ウ ン ロ ー ド & 実 行 135

FPGAマガジン No.15


FPGA マ ガ ジ ン No. 14 知 ら な い と 乗 り 遅 れ る ! XiIinx も AItera も 無 償 時 代 ! 発 売 中 FPGA マ ガ ジ ン 編 集 部 編 B5 判 144 ペ ー シ 定 価 本 体 2 , 200 円 + 税 最 新 C 開 発 ツ ー ル 大 研 究 ハ イ エ ン ド ・ デ ィ ジ タ ル 技 術 の 専 門 誌 い ″ “ 叩 市 ( 。 G ・ A ” ay 0 ・ mm 物 bie Field 0 - 」 知 ら な い と 乗 リ 遅 れ る ! 、 14 ジ ン 本 書 特 集 で は Vivado HLS の イ ン ス ト ー ル か ら , も っ と も 基 本 的 な 演 算 回 路 を C 言 語 で 記 述 し , そ れ を 高 位 合 成 し て x ⅲ nx 社 製 FPGA に 実 装 す る ま で を 詳 し く 解 説 し ま す . パ フ ォ ー マ ン ス を 上 げ る た め に , 入 力 段 や 出 力 段 に レ ジ ス タ を 挿 入 し バ イ プ ラ イ ン を 構 成 す る 方 法 に つ い て も 紹 介 し て い き ま す . さ ら に OpenCL 言 語 で FPGA を 開 発 す る こ と の で き る 高 位 合 成 ツ ー ル Altera SDK fo 「 OpenCL に つ い て も 取 り 上 げ ま す . )( ⅲ nx も A e 「 a も 無 債 時 代 ! 最 新 C 開 発 ツ - ル 大 研 究 を す ぐ , 子 版 あ り 豕 ず 0 。 0 、 0 。 。 0 , 。 0 ~ = い 0 〃 0000 第 1 章 第 2 章 第 3 章 第 4 章 第 5 章 第 6 章 第 7 章 第 8 章 誰 で も 高 位 合 成 を 使 え る 時 代 が よ う や く 到 来 ! Vivad0 HLx の 各 工 テ ィ シ ョ ン と Vivado HLS の イ ン ス ト ー ル 初 め て の 高 位 合 成 ツ ー ル V ⅳ ado HLS の 使 い 方 乗 算 回 路 コ ア の FPGA 開 発 ツ ー ル Vivado へ の 組 み 込 み 高 速 化 の た め の バ イ プ ラ イ ン 化 技 法 C 言 語 で 設 計 す る テ ィ ス プ レ イ ・ コ ン ト ロ ー ラ の 作 成 初 め て の A は e 「 a SDK fo 「 OpenCL 画 像 テ ー タ を ダ イ レ ク ト 入 力 ! OpenCL に よ る カ メ ラ 制 御 & 画 像 処 理 FPGA マ ガ ジ ン バ ッ ク ・ ナ ン バ B5 判 No. 1 ~ 13 : 定 価 : 本 体 価 格 2 , 200 円 十 税 NO. 13 NO. 12 NO. 11 NO. 10 No. 9 No. 8 N07 No. 6 No. 5 NO. 4 No.3 No. 2 No. 1 入 門 も ホ ビ ー も ピ ッ タ リ ! ワ ン チ ッ プ FPGA = MAXI 0 ARM コ ア FPGA><Linux 初 体 験 性 能 UP ! ア ル ゴ リ ズ ム >< 手 仕 上 げ HDL や つ ば り 楽 ち ん ! C 言 語 >< FPGA ハ イ レ ゾ 24 / 32 ビ ッ ト ! オ ー デ ィ オ >< FPGA ア ナ ロ ク ・ ミ ッ ク ス ! FPGAXA-D/D-A 変 換 高 速 ビ デ オ ・ イ ン タ ー フ ェ ー ス >< FPGA USB 3.0 >< FPGA 高 速 Ethernet >< FPGA 高 速 シ リ ア ル ATA><FPGA Linux/Android >< FPGA カ メ ラ >< 画 像 処 理 ><FPGA モ ー タ & ロ ポ ッ ト >< FPGA CQ 出 版 杠 http://shop.cqpub ℃ 0. jp/

FPGAマガジン No.15


FPGA マ カ ジ ン No. 15 [ 己 project p 「 e 「 買 multi_test. ( 第 ロ La systenhdf [ em• ー 5 住 鉢 ー マ マ に , / / mul ℃ 1 test . c / / 2015 / 07 / 2 4 by 阜 工 gee 〉 f.g multi_bd_wrapper-hw-platform_C 0 の 入 力 の 時 に 999 を 入 力 す る と 終 了 す る / / mul こ 1 さ ・ multi_test 〉 = 物 . multi_test. elf - [ a " ル ] #include く 3td10. れ 〉 #include "xmulti apuint . れ ” 》 , Debug #include ” xparameters . わ 物 #include 物 X11 こ ゝ 2e3. れ ” #include 物 X11 iO . れ ” lscriptld #include "xi1 exception . h" README.txt #include XiIinx ・ spec 〉 multi_test-bsp 、 ?int main() { XMu1ti apuint 刈 41u01 ap; 刈 4u1t1 apuint C00f14 ☆ 刈 4u1t1 apPtr; int va1; / / L00 に TJp こ れ e device co figu 工 a こ 10n 刈 4u101 apPcr = 1t1 apuint LookupConfig ( 0 ) : if ( ! 刈 ulti apPtr) { 特 設 高 位 合 成 ツ ー ル >•—>COOO I-JtJ) 図 26 multi test . elf の 生 成 ( 4 ) 乗 算 結 果 が "multi_out = " の 後 に 10 進 数 で 表 示 さ れ る ( 5 ) ( 2 ) に 戻 る Vivado HLS で 生 成 し た IP の ド ラ イ バ 関 数 は SDK で 使 用 で き る の で , mul し 土 test . c を セ ー プ す る と , 自 動 的 に コ ン パ イ ル さ れ , mul に 土 test . el f が 生 成 さ れ ま す ( 図 26 ). 4. ZYBO を 使 っ た 実 機 動 作 確 認 ・ 実 機 で の 動 作 確 認 Digilen 社 の ZYBO*— ド を 用 意 し ま す . 次 の シ ョ ー ト ・ ピ ン の 設 定 を 行 い ま す . ・ JP5 の シ ョ ー ト ・ ピ ン を JTAG に ・ JP7 の シ ョ ー ト ・ ピ ン を USB に PROG/UART の USB マ イ ク ロ B コ ネ ク タ と 開 発 PC を USB ケ ー プ ル で 接 続 し ま す . 準 備 が 完 了 し た の で , 電 源 ス イ ッ チ を ON に し ま し よ う . 実 機 動 作 確 認 の 様 子 を 写 真 1 に 示 し ま す . 次 に XiIinx TooIs メ ニ ュ ー か ら 「 Program FPGA 」 JP5 は JTAG を シ ョ ー ト な ー ー 刈 凵 N ん JP7 は USB を シ ョ ー ト FPGA コ ン フ ィ グ レ ー シ ョ ン 用 USB マ イ ク ロ B ケ ー プ ル 写 真 1 ZYBO*— ド の 設 定 Z 、 ′ 日 C ) P 「 09 m FPGA P 「 0 gram FPGA SpecifythebitstreamandtheELFfiIesthatresidein BRAM n mo HardwareConfiguration H dw ep せ 0 「 1 、 』 ti 卩 「 叩 p , り せ 0 「 m ー 0 Connection: L 侊 謝 Device AutO Detect multi_bd_wrapper. bit ロ Pa 市 Bitstream BMM/MM i SoftwareConfiguration PrO ( e550 「 P 「 0 」 t Ru XlIinx TooIs Generate linkerscript Board Support Package n95 Repositories P 「 「 am FPGA Dump/Restore Da ね FlIe ロ P 「 09 「 am 日 あ h Launch Shell PGA ⅵ ( 已 7 : 国 XMDConsole reated Wlth: V XSDB C0n50 厄 Created On: ロ Create 800t e B 「 ow ” Bitstrean-c b d—wrap p ( ication ormation 二 日 「 0 物 を .. 1 ELF/MEM FiIeto lnitializein 引 k RAM 2 朝 n ( 目 P 「 09 m (b) Program FPGA ダ イ ア ロ グ (a) Program FPGA を 選 択 図 27 FPGA へ の ビ ッ ト ス ト リ ー ム の ダ ウ ン ロ ー ド 4. ZYBO を 使 っ た 実 機 動 作 確 認 1 1 1

FPGAマガジン No.18


、 の Linux も 起 動 で き る 本 物 MIPS コ ア の 無 償 評 価 版 が 自 由 に FPGA に 実 装 で き る ! MIPS 本 家 か ら 登 場 FPGA 実 装 向 け コ ア "MIPSfpga" を 動 か す 阿 部 道 夫 、 。 前 回 ( 本 誌 No. 15 掲 載 ) は , MIPS CPU コ ア の 簡 単 な 歴 史 と 概 要 , そ し て こ の コ ア を 使 用 し た MlPSfpga プ ロ グ ラ ム の 説 明 を し ま し た . 今 回 は 実 際 に CPU コ ア と 周 辺 回 路 を FPGA に 組 み 込 み , プ ロ グ ラ ム を 作 成 , コ ン バ イ ル し て 動 作 さ せ る ま で の 手 順 を 説 明 し ま す . タ ー ゲ ッ ト FPGA*— ド は A 「 tix -7 搭 載 の Nexys4 DDR と し ま す . 表 1 Artix-7 FPGA の 仕 様 項 目 ロ ジ ッ ク ・ ス ラ イ ス プ ロ ッ ク RAM ク ロ ッ ク ・ マ ネ ー ジ メ ン ト DSP 内 部 ク ロ ッ ク 周 波 数 ポ ー ド の 入 手 と 開 発 環 境 の イ ン ス ト ー ル ・ タ ー ゲ ッ ト FPGA ポ ー ド こ で は , 対 象 の FPGA ボ ー ド と し て Nexys4 DDR(DigiIent 社 , 写 真 1 ) を 使 い , ボ ー ド に 実 装 さ れ て い る Xilinx 社 製 FPGA の Artix-7 (XC7A100T-1CSG 324C ) を タ ー ゲ ッ ト と し て 使 用 し ま す . 表 1 に FPGA の 仕 様 を , 表 2 に ボ ー ド の 機 能 を 示 し ま す . ポ ー ド は ア ヴ ネ ッ ト な ど の 販 売 代 理 店 か ら 購 入 が 可 能 で す . こ で は , こ の ボ ー ド を 例 と し て 説 明 し て い ま す が , 他 の ポ ー ド で も 同 様 の 手 順 で 使 う こ と が で き る (MIPSfpga Fundamentals の Lab09 に ポ ー テ ィ ン グ の 方 法 の 説 明 が あ る ) の で , 他 の FPGA*— ド を 持 っ て い る 場 合 に は , 手 持 ち の ボ ー ド で も ぜ ひ 試 し て み て く だ さ い . ・ 開 発 用 PC の 準 備 MIPSfpga の パ ッ ケ ー ジ を 使 っ た 設 計 を す る た め に は , Windows7 以 降 の 64 ビ ッ ト 版 OS の PC が 必 要 に な り ま す . PC の 性 能 は ツ ー ル で の 処 理 時 間 に 大 き く 影 響 し ま す の で , あ る 程 度 性 能 が 高 い 方 が 使 い 勝 手 が 良 い で し よ う . ハ ー ド ・ デ ィ ス ク は , 開 発 ツ ー ル の イ ン ス ト ー ル に 結 構 な 容 量 を 使 う の で , 数 G バ イ ト の 空 き が 必 要 に な り ま す . さ ら に , こ の ポ ー ド で Linux を イ ン ス ト ー ル し て 動 作 さ せ る 場 合 に は , Linux が 動 作 す る pc も 必 要 に な り ま す . 別 の PC を 使 用 し て も 問 題 あ り ま せ ん が , VMWare や VirtualBox な ど の 仮 想 環 境 を 使 い , 同 じ PC 上 で 動 作 さ せ た 方 が 使 い 勝 手 が 良 く な り ま 仕 様 15 , 850 個 4 , 860k ビ ッ ト 6 (PLL 内 蔵 ) 240 ス ラ イ ス 450MHz 0 写 真 1 A ⅲ x -7 搭 載 Nexys4 DDR ポ ー ド (Digilent 社 ) http://store . digilentinc . com/nexys-4-ddr-artix ー 7 - fpga—trainer—board—recommended—for—ece—curriculum/ 表 2 Nexys4 DDR ポ ー ド の 機 能 項 目 DRAM ス ト レ ー ジ 仕 様 DDR2 SDRAM ( 128M バ イ ト ) マ イ ク ロ SD カ ー ド ・ ソ ケ ッ ト シ リ ア ル ・ フ ラ ッ シ ュ ROM ホ ス ト ( 標 準 A コ ネ ク タ ) 仮 想 シ リ ア ル & FPGA コ ン フ ィ グ レ ー シ ョ ン 月 」 ( マ イ ク ロ B コ ネ ク タ ) 10/100Base-TX (PHY 搭 載 ) Ethernet ビ デ オ 出 力 VGA コ ネ ク タ ( 12 ビ ッ ト ) 3 軸 加 速 度 セ ン サ セ ン サ 温 度 セ ン サ ス ラ イ ド ・ ス イ ッ チ >< 16 ブ ッ シ ュ ・ ス イ ッ チ >< 5 CPU リ セ ッ ト ・ ス イ ッ チ >< 1 FPGA コ ン フ ィ グ レ ー シ ョ ン ・ ス イ ッ チ >< 1 7 セ グ メ ン ト LED >< 8 単 色 LED >< 16 3 色 LED >< 2 PDM マ イ ク ( オ ン ポ ー ド 搭 載 ) PWM オ ー デ ィ オ 出 力 コ ネ ク タ ( ミ ニ ジ ャ ッ ク ) Pmod コ ネ ク タ >< 4 A-D 入 力 用 Pmod コ ネ ク タ >< 1 USB ス イ ッ チ LED オ ー デ ィ オ 拡 張 コ ネ ク タ 122 M 旧 S 本 家 か ら 登 場 FPGA 実 装 向 け コ ア "MlPSfpga" を 動 か す

FPGAマガジン No.15


ハ イ エ ン ド ・ デ ジ タ ル 技 術 の 専 門 誌 http: ″ fpga ・ cqpub ・ (。 ・ jp/ マ ジ ン リ ア ル タ イ ム 動 画 認 識 No. FieId ProgrammabIe Gate Array 車 に 農 業 ! ? A 塒 代 の チ ャ レ ン ジ ! = 山 手 の ひ ? せ る ! 飆 期 E ロ マ △ : 第 人 洋 0 ARM FPGA で 必 須 ! ロ ジ ッ ク 回 路 制 御 & バ ス 接 続 メ カ ニ ズ ム OP ア ン プ 回 路 用 最 新 ア ナ ロ グ ・ プ ロ グ ラ マ プ ル に analogram CQ 出 版 杠

FPGAマガジン No.15


FPGA マ カ ジ ン No. 15 表 2 本 誌 No. 13 で 使 用 し た フ ァ イ ル の う ち こ れ ら を 置 き 換 え る リ ス ト 2 6 フ レ ー ム 前 の 最 明 値 の 位 置 と の 差 分 を 累 積 す る 回 路 の HDL (SDRAM CTRL . vhd の 一 部 ) 5 ビ 、 ソ ト 右 シ フ ト の 後 , 差 分 を と る diffpix く = ( " 0 0 0 " & pos d s 土 9 ( 9 downto 5 ) ) ( " 000 " & Pos_p_sig(9 downto 5 ) ) ー AbsPos く = no し diffpix(7) & no し diffpix(6) & dnot diffpix(5) & no に diffpix(4) & no に diffpix(3) & not diffpix(2) & no diffpix(l) & not diffpix(0) when diffpix(7) else diffpix(7 downto 0 房 差 分 の 絶 対 値 を と る add AbsPos く = AbsPos + acc AbsPos; ー 差 分 の 絶 対 値 を 累 積 す る process ( RST N, CLK ) 画 面 の 下 半 分 の み で 累 積 す る begin if ( RST N = ー 0 つ then acc AbsPos く = ( Othe rs = > ー 0 リ ′ elsif ( CLK' event and CLK ー 1 ー ) then い わ た ・ と し お VideoProc . qsf VideoProc . vhd VideoProcCore . vhd SDRAM CTRL . vhd L 工 NEOUT CTRL . vhd フ ァ イ ル 名 説 明 ラ イ ン ・ バ ッ フ ア ・ コ ン ト ロ ー ラ ( 出 力 用 ) SDRAM コ ン ト ロ ー ラ 画 像 処 理 コ ア FPGA ト ッ プ ・ モ ジ ュ ー ル ピ ン ・ ア サ イ ン の フ ァ イ ブ ザ ー を 追 加 ) if (CamHsync edge if (VgaLineCount acc AbsPos く = acc AbsPos く = end 土 f ー ー 1 つ then > = 240 and VgaLineCount く 4 8 0 ) then add AbsPos ー (others = > ー 0 つ 一 end 土 f ー end i f ー end process ー MDET edge く = VgaPixCount 判 定 の し き い 値 を 超 え た 瞬 ぎ 1 ・ に な る し き い 値 ( 150 ) ー 1 ー when acc AbsPOS > = 150 and CountV and VgaLineCount 4 8 0 and 7 8 0 e 1 s e ー 0 0 process ( RST N, CLK ) begin 土 f ( RST N ー 0 ー ) then CountV く = elsif ( CLK' event and CLK 画 面 の 下 ( 480 ) と 右 端 ) then ( 780 ) の タ イ ミ ン グ if (MDET edge ー 1 つ then CountV く = " 01111111 ” ・ elsif (VgaLineCount 4 79 and VgaPixCount 780 and CountV / = 0 ) then CountV く = CountV - 1 ー end i f ー end i f ー end process; し き い 値 を 越 え た 瞬 間 か ら 1 27 フ レ ー ム 勘 定 す る カ ウ ン タ ー 1 ー when CountV / = 0 else ー 0 ー MDET く = し き い 値 を 越 え た 瞬 間 か ら 1 27 フ レ ー ム の 期 間 1 に な る 信 号 . こ の 期 間 ブ ザ ー を 鳴 ら す ( 約 2 秒 ) ・ セ ン タ ー ・ ラ イ ン の 動 き 検 出 が で き て い る か 確 認 写 真 3 の よ う に 現 在 の セ ン タ ー ・ ラ イ ン が 赤 で , 6 フ レ ー ム 前 の セ ン タ ー ・ ラ イ ン が 緑 で 塗 ら れ る こ と を 確 認 し ま し よ う . ま た , 赤 と 緑 の 間 隔 が 開 い た 際 に プ ザ ー が 鳴 る こ と も 確 認 し ま す . ブ ザ ー を 鳴 ら す し き い 値 を 変 更 し た い 場 合 は SDRAM CTRL . vhd の 次 の 部 分 を 変 更 し ま す . MDET_edge く = ー リ when acc AbsPos > = 150 and CountV = 0 and VgaLineCount 4 8 0 and VgaPixCount 780 else ー ・ 例 え ば 150 を 75 と す れ ば , 比 較 的 小 さ な 動 き で も プ ザ ー が 鳴 る で し よ う . ま た , 赤 と 緑 の 時 間 差 は 6 フ レ ー ム >< 31.98ms = 192mS で す . 短 く し た い 場 合 は 次 の 部 分 を 変 更 し ま す . 現 フ レ ー ム は FrameCount— 1 で す . 従 っ て 一 7 を 一 2 frame2 read_pl く = FrameCount と す れ ば , 時 間 差 は 1 フ レ ー ム >< 31.98ms = 31.98ms に な り ま す . ( 3 ) 特 集 FPGA キ ッ ト で 体 験 / チ ッ プ 内 電 子 工 作 , ト ラ ン ジ ス タ 術 2016 年 3 月 号 , CQ 出 版 社 . ( 2 ) 特 集 緊 急 実 験 / 5 ド ル レ O コ ン ピ ュ ー タ 上 陸 , ト ラ ン ジ ス タ 技 ス プ レ イ 表 示 , FPGA マ ガ ジ ン No. 13 , CQ 出 版 社 . (I) 岩 田 利 王 : MAX 10 + カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル で 動 き 成 分 を デ ィ ◆ 参 考 文 献 ◆ が け て く だ さ い . 執 せ ず , 上 手 に 使 い 分 け , あ る い は 併 用 す る こ と を 心 点 を よ く 理 解 し ま し よ う . 1 つ の 技 術 や デ バ イ ス に 固 表 1 に あ る よ う な FPGA/Raspberry Pi の 利 点 / 欠 ・ ど ん な 技 術 に も 向 き 不 向 き が あ る 開 発 す る の が よ い か も し れ ま せ ん . ア ル ゴ リ ズ ム が 固 ま っ て か ら FPGA を 使 っ て HDL で は , ま $Raspberry Pi な ど を 使 っ て c 言 語 で 開 発 し , な り 無 理 が あ り ま す . そ の よ う な 複 雑 な ア ル ゴ リ ズ ム ど を い き な り ハ ー ド ウ ェ ア (HDL) で 開 発 す る の は か 今 回 は セ ン タ ー ・ ラ イ ン 認 識 で し た が , 人 物 認 識 な 運 転 に 近 づ け そ う で す . ハ ン ド ル / プ レ ー キ 操 作 な ど を 連 動 出 来 れ ば 夢 の 自 動 速 や か な 警 告 が 可 能 に な り ま す . 更 な る 応 用 例 と し て FPGA を 使 え ば リ ア ル タ イ ム な 車 線 離 脱 判 定 お よ び に 合 い ま せ ん . し , 車 線 離 脱 判 定 の よ う な 一 刻 を 争 う シ ス テ ム で は 間 タ に は , 表 1 や コ ラ ム に 示 す よ う な 欠 点 が 確 実 に 存 在 Raspberry Pi な ど の シ ン グ ル ・ ボ ー ド ・ コ ン ピ ュ ー ・ リ ア ル タ イ ム 画 像 認 識 な ら や つ ば り FPGA ! 技 術 2015 年 11 月 号 , CQ 出 版 社 . ( 株 ) デ ジ タ ル フ ィ ル タ ー 特 集 車 時 代 の チ ヤ レ ン ジ リ ア タ ム 画 識 2 1 ロ ロ 4 APP 8. Qua us ⅱ プ ロ ジ ェ ク ト の 作 り 方 49

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FPGA マ ガ ジ ン No. 15 画 面 の 左 端 で ク リ ア 画 面 の 右 端 で ラ ッ チ VgaPixCount < 1 20 VgaPixCount = 780 特 集 車 に 農 業 < ー 時 代 の チ ャ レ ン ジ ! リ ア ル タ イ ム 動 画 認 識 ↓ enb D フ リ ッ プ D フ リ ッ プ フ ロ ッ プ acc—Y フ ロ ッ プ VgaPixCount が 120 ま で は 0. そ れ 以 降 は abs ー y ー sft が 累 積 さ れ る ( a ) 水 平 方 向 の 累 積 ( 120 で ク リ ア し て 780 で ラ 、 ソ チ す る ) 画 面 の 上 の 方 で ク リ ア 画 面 の 下 の 方 で ラ ッ チ VgaLineCount く 33 VgaLineCount = 495 ↓ enb D フ リ ッ プ D フ リ ッ プ v—add—y フ ロ ッ プ v_acc_y フ ロ 、 ソ プ VgaLineCount が 33 ま で は O. そ れ 以 降 は v ー abs 」 一 sft が 累 積 さ れ る ( b ) 垂 直 方 向 の 累 積 ( 33 で ク リ ア し て 495 で ラ ッ チ す る ) 図 14 動 き 成 分 を 1 画 面 ぶ ん 累 積 す る a b SJ—Sft 十 acc—y 」 atch 1 ラ イ ン ぶ ん の 動 き 量 add—y 1 ピ ク セ ル こ と の 動 き 成 分 v—a b s—y—sft ー ー ー 十 v—acc—y 」 atch 1 フ レ ー ム ふ ん の 動 き 量 acc-y 」 atch を 8ビ 、 ソ ト 右 シ フ ト で 1 / 256 に し た も の MDET が "H" レ ベ ル に な る の を き っ か け に , FPGA を 使 う と , さ ら に 遅 く な り ま す . は SDRAM → SD カ ー ド の SPI 転 送 を 開 始 し ま す . そ SD カ ー ド へ の フ レ ー ム 転 送 が 終 わ る と す ぐ に の 間 FPGA は B_XFERRING と い う 信 号 を "H" レ ベ ル FPGA ポ ー ド の 電 源 は OFF に な り ま す . そ し て , 次 に し て 外 部 の ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン に 通 知 し ま す . に PIR が 反 応 す る ま で OFF の 状 態 が 続 き ま す . SPI 転 送 が 終 了 す る と FPGA は B_XFERRING を ・ SD カ ー ド の 画 像 を 再 生 し て 表 示 す る 回 路 も FPGA "L" レ ベ ル に 戻 し , ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン は そ れ を 見 に 実 装 さ れ て い る て FPGA の 電 源 を 切 り ま す . SD カ ー ド へ の 転 送 を 複 数 回 終 え た ら , 写 真 3 の よ う に FPGA ポ ー ド の SW2 を 押 し な が ら 電 池 を セ ッ ト ス セ ン サ ・ カ メ ラ を 実 際 に ロ 動 か し て み る ロ LED 照 明 が ON に な る . 最 大 200mA 流 せ る 写 真 1 に 今 回 作 成 し た セ ン サ ・ カ メ ラ を 示 し ま す . 各 部 の 動 き を 説 明 し ま す . ・ 赤 外 線 を 検 出 す る と FPGA と LED が ON に な る 1 手 を か ざ す と PIR が 反 応 し , FPGA ポ ー ド と LED 照 明 の 電 源 が 入 り ま す ( 写 真 2 ) . こ の 際 , HDMI コ ネ ク タ か ら パ ソ コ ン 用 デ ィ ス プ レ イ に つ な い で お け ば 動 画 が 映 り ま す . 手 を 動 か さ す に じ っ と し て い る と , 約 3 秒 で FPGA ポ ー ド と LED 照 明 の 電 源 は OFF に な り ま す . 再 度 手 を か ざ す と ま た ON に な り ま す . ・ 動 き 検 出 す る と 1 フ レ ー ム SD カ ー ド に 転 送 さ れ る カ メ ラ の 前 で 手 を 動 か し て い る と LED 照 明 が 消 灯 し , 撮 影 は 停 止 さ れ ま す . そ の 後 自 動 的 に SDRAM 内 に あ る フ レ ー ム が 1 枚 , SD カ ー ド に 転 送 さ れ ま す . 20 秒 ほ ど で 転 送 は 終 了 し ま す . な お , 使 用 す る SD カ ー ド は Class 10 を 推 奨 し ま す . CIass の 低 い カ ー ド 3 APP 4 FPGA ボ ー ド の 電 源 ON を 示 す LED FPGAfi— ド は 150 ~ 200mA 消 費 す る 写 真 2 P 旧 が 反 応 し た 状 態 7. セ ン サ ・ カ メ ラ を 実 際 に 動 か し て み る 39

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FPGA マ カジ ン No. 15 コ ラ ム 1 動 き 検 出 ( フ レ ー ム 差 分 ) の 応 用 事 例 PIR は 太 陽 の 映 り 込 み な ど に 反 応 す る 場 合 が あ り げ る ) ま す . そ の 場 合 , 記 録 し た 画 像 に は 動 物 の 姿 は 写 っ ・ 手 振 れ 補 正 ( フ レ ー ム 差 分 が 少 な く な る よ う に 位 て い ま せ ん ( 無 効 撮 影 ). 頻 繁 に 無 効 撮 影 が 発 生 す 置 合 わ せ す る ) る と 電 池 の 持 続 時 間 に 大 い に 影 響 を 与 え ま す . そ こ ・ 物 体 追 跡 ( 動 き の あ る 方 向 へ カ メ ラ を 向 け る ) で 今 回 の セ ン サ ・ カ メ ラ で は 「 動 き を 検 出 」 し た か ・ 速 度 計 測 ( フ レ ー ム 差 分 の 面 積 ・ 距 離 な ど か ら 判 ど う か を 判 定 基 準 に 加 え ま す . 動 き 検 出 は 「 フ レ ー ム 差 分 」 を と り , そ の 値 が し ・ 未 実 装 部 品 の 検 出 ( リ フ ァ レ ン ス 基 板 画 像 と 比 較 き い 値 を 超 え た か ど う か で 判 断 し ま す . こ の よ う な す る ) 処 理 の 応 用 例 と し て は 次 の よ う な も の が 考 え ら れ ま 動 き 検 出 は 画 像 処 理 で は よ く 出 て く る 技 術 な の す . で , ぜ ひ と も 自 在 に 使 え る よ う 習 得 す る と 良 い で ・ 本 章 で 扱 う セ ン サ ・ カ メ ラ ( PIR の 誤 動 作 を 補 う ) ・ 画 像 圧 縮 ( フ レ ー ム 差 分 を 符 号 化 し て 圧 縮 率 を 上 特 集 車 に 農 業 < ー 時 代 の チ ャ レ ン ジ ! リ ア ル タ イ ム 動 画 認 識 ① マ イ コ ン 十 PIR で イ ノ シ シ 発 見 / た め , PIR の 反 応 を 検 出 す る 部 分 は 超 低 消 費 電 力 が 特 徴 の 小 さ な マ イ コ ン を 使 い , 動 き 検 出 や 録 画 部 の 電 源 Bemicro MAXI 0 (FPGA7fi— ド ) と は OFF に し て お く の が 得 策 で す . カ メ ラ は 眠 っ て い る 0 、 / ・ 製 作 す る セ ン サ ・ カ メ ラ の 構 成 そ こ で 図 1 の よ う な 「 セ ン サ ・ カ メ ラ 」 を 考 え ま す . ZZZ ・ ・ Bemicro そ の 特 徴 は 次 の よ う に な り ま す . MAXIO ・ CMOS カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル の 制 御 や 動 き 検 出 に は 画 (FPGA) 像 処 理 が 得 意 な FPGA を 使 う microSD ・ ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン か ら FPGA ポ ー ド と LED 照 HDMI 明 の 電 源 を ON / OFF 制 御 で き る コ ネ ク タ ・ 焦 電 型 赤 外 線 セ ン サ (PIR) が 反 応 し た ら マ イ コ ン は FPGA*— ド と LED 照 明 の 電 源 を ON ・ カ メ ラ か ら の 画 像 は い っ た ん SDRAM に 格 納 し , 後 に SD カ ー ド に 保 存 ・ 夜 で も 撮 影 で き る よ う に LED 照 明 を 備 え る ・ 動 き 検 出 し た と き の 画 像 を SD カ ー ド に 保 存 製 作 し た セ ン サ ・ カ メ ラ を 写 真 1 に 示 し ま す . ・ FPGA で 作 る セ ン サ ・ カ メ ラ の 動 作 イ メ ー ジ こ の セ ン サ ・ カ メ ラ の 動 作 イ メ ー ジ を 図 2 に 示 し ま す . 乾 電 池 を 長 持 ち さ せ る た め , 普 段 は マ イ コ ン ・ ボ ー ド の み が 電 源 ON に な っ て い ま す . PIR が 何 か に 反 応 し て 始 め て FPGA ポ ー ド と LED 照 明 の 電 源 が HDMI ON に な り ま す . コ ネ ク タ ・ ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン の 仕 事 は 主 に 電 源 制 御 図 2 の ① は PIR が イ ノ シ シ に 反 応 し た 様 子 で す . そ ③ 自 宅 に 持 ち 帰 っ て の 信 号 が マ イ コ ン ・ ポ ー ド 上 の ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン 再 生 MSP430 ( テ キ サ ス ・ イ ン ス ツ ル メ ン ツ 社 ) に 送 ら れ , 即 座 に FPGA ボ ー ド BeMicro MAX 10 (Arrow 社 ) と LED 照 明 の 電 源 を 入 れ ま す . ・ 動 き 検 出 し た 時 だ け S D カ ー ド に 保 存 す る FPGA ポ ー ド は CMOS カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル か ら の 画 像 を SDRAM に 8 フ レ ー ム ぶ ん た め 込 み , フ レ ー ム ハ ッ / 赤 外 線 に 反 応 PIR 農 作 物 〇 V7670 MSP430 イ ノ シ シ マ イ コ ン と 曰 R は 常 に 起 き て い る . PIR が 反 応 し た ら 即 座 に FPGA ボ ー ド と LED 照 明 の 電 源 を 入 れ る DEO-EXTI()D カ ー ド & HD Ⅵ ア ダ ブ タ ) ② FPGA で 動 き 検 出 FPGA で 「 動 き 検 出 」 し た 場 合 の み SD カ ー ド に 保 存 ( PIR だ け で は 無 効 撮 影 が 多 く な る た め ) 何 か 動 い た / OV7670 の 画 像 が FPGA に 送 ら れ る イ ノ シ シ プ ロ ロ ー グ 1 Bemicro ト , 1 MAXIO (FPGA) PI R OV7670 MSP430 ボ ー ド 農 作 物 microSD ム シ ャ ム シ ャ マ イ コ ン が が FPGA ポ ー ド の 電 源 を ON に す る DEO-EXTI()D カ ー ド &HDMI ア ダ ブ タ ) こ い つ が 犯 人 か / 3 APP 4 つ HDMI → D Ⅵ 変 換 ア ダ ブ タ を 介 し て パ ソ コ ン 用 デ ィ ス プ レ イ へ 図 2 FPGA 十 CMOS カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル で 作 る セ ン サ ・ カ メ ラ の 動 作 イ メ ー ジ 1. 画 像 処 理 で 定 番 の 技 術 「 動 き 検 出 」 を 使 っ た セ ン サ ・ カ メ ラ 31

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FPGA マ カジ ン No. 15 表 1 セ ン サ ・ カ メ ラ の 主 要 部 品 部 品 名 製 造 元 ま た は 販 売 元 価 格 ( 執 筆 時 ) マ イ コ ン ・ ポ ー ド PSC A M02 デ ジ タ ル フ ィ ル タ ー ( 注 ) 未 定 FPGA ポ ー ド BeMicro MAX 10 Arrow $ 30 SD カ ー ド &HDMI ア ダ ブ タ ・ ポ ー ド DEO-EXTI CQ 出 版 社 7714 円 CMOS カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル CAMERA30W-OV7670 aitendo 2980 円 PIR ( 赤 外 線 セ ン サ ) SB412A 秋 月 電 子 通 商 500 円 電 池 ボ ッ ク ス ( 単 3 >< 3 ) SBH-331AS 秋 月 電 子 通 商 90 円 LED 照 明 低 電 圧 LED 豆 電 球 69816 ア ー テ ッ ク 311 円 >< 2 個 MicroSD カ ー ド 8G バ イ ト , ク ラ ス 10 東 芝 880 円 注 : h む し p : / / d 土 9 土 む alfil に er. com で 販 売 予 定 . ま た , Ogaki Mini Maker Fair2016 ( 12 月 3 日 ~ 4 日 , 岐 阜 県 大 垣 市 ) に て 販 売 お よ び デ モ を 行 う 予 定 . 特 集 車 業 時 代 の チ ヤ で 使 い 切 っ て し ま う ). 今 回 製 作 す る セ ン サ ・ カ メ ラ lnstruments 社 ) で マ イ コ ン か ら 電 源 が ON/OFF さ れ レ と 同 様 に , PIR を 接 続 し た 外 付 け マ イ コ ン で 電 源 を ま す . ン ON / OFF 制 御 す る こ と に な り ま す . ・ FPGA は 電 源 投 入 後 す ぐ に カ メ ラ を 操 作 す る ジ し か し こ の 構 成 で 実 際 に 使 っ て み る と , 重 大 な 欠 点 FPGA は 12C (lnter-lntegrated Circuit) と い う 2 線 に 気 付 く は す で す . 式 の シ リ ア ル 通 信 で CMOS カ メ ラ ・ モ ジ ュ ー ル リ ・ Raspbe 「 Ⅳ Pi の OS の 立 ち 上 が り に は 1 分 か か る ア CAMERA30W-OV7670 (aitendo 社 ) の レ ジ ス タ を 設 そ の 原 因 は Raspberry Pi の 立 ち 上 が り の 悪 さ に あ 定 し た 後 , 画 像 デ ー タ を 受 け 取 り ま す . デ ー タ は タ り ま す . OS が 立 ち 上 が る ま で 1 分 程 度 か か る の で , RGB565 と い う フ ォ ー マ ッ ト で , 8 ビ ッ ト ・ バ ス に 多 イ 図 3 に 示 す よ う に , カ メ ラ が 動 作 す る 頃 に は 動 物 が 目 重 化 さ れ て い ま す . そ れ は FPGA 内 で デ コ ー ド さ れ , ム の 前 か ら 去 っ て し ま う 可 能 性 が あ り ま す . FPGA*— ド 上 の SDRAM に 溜 め 込 ま れ ま す . 画 Raspberry Pi の よ う な シ ン グ ル ・ ポ ー ド ・ コ ン ・ FPGA は 動 き 検 出 し た と き の み SD カ ー ド に 書 く 認 ピ ュ ー タ の 性 能 は 今 後 も 向 上 し ま す が , そ れ に つ れ FPGA は 動 き 検 出 の 後 , SDRAM 内 の 画 像 デ ー タ を 識 て , 搭 載 さ れ る OS も 複 雑 化 し て く る で し よ う . 従 っ ド に 転 送 し ま す . SPI (serial Peripheral SD カ て こ の 問 題 は , OS を 載 せ て 使 う ポ ー ド の 宿 命 と も い え そ う で す . 通 常 は ワ ン チ ッ プ ・ マ イ ・ FPGA の コ ン フ ィ グ レ ー シ ョ ン に か か る の は わ ず コ ン だ け 動 作 . か 数 ms 電 流 1 OO 以 A 以 下 そ れ に 対 し FPGA は 電 源 投 入 後 す ぐ ( 数 ms ) に 動 作 赤 外 線 セ ン サ が 反 応 し た ら す る の で , PIR が 動 物 に 反 応 し た 瞬 間 の 画 像 を と ら え FPGA7fi— ド と LED を ON る こ と が で き ま す . こ の よ う に , FPGA に は 3 秒 間 動 き が な い と き は Raspberry Pi に は な い 「 立 ち 上 が り の 良 さ 」 と い う 利 即 電 源 を OFF に す る ( 無 効 撮 影 & 節 電 対 策 ) 点 が あ り , 本 章 で FPGA を 採 用 し た 理 由 は そ こ に あ FPGAfi— ド と LED は り ま す . 電 流 を 消 費 す る の で 〇 N な お 次 章 で は , FPGA の も う ー っ の 利 点 で あ る 「 レ の 期 間 は 最 小 限 に す る イ テ ン シ の 少 な さ 」 に 焦 点 を あ て て 解 説 し て い ま す . 動 き 検 出 し た ら B_XFERRING を " H " に す る 3. セ ン サ ・ カ メ ラ の シ ス テ ム 構 成 も う 照 明 は 必 要 な い ( 画 像 は SDRAM 内 に ・ マ イ コ ン は イ ネ ー ブ ル 付 き DC-DC コ ン バ ー タ で あ る の で ) 電 源 を ON / OFF す る 図 4 に セ ン サ ・ カ メ ラ の プ ロ ッ ク 図 を , 主 要 部 品 を 1 フ レ ー ム 転 送 に 20 秒 か か る 表 1 に 示 し ま す . ワ ン チ ッ プ ・ マ イ コ ン (MSP430) の 電 源 は 入 れ つ ば な し で す が , ロ ー ・ パ ワ ー ・ モ ー ド で B_XFERRING が "L" に 使 用 す る の で , 消 費 電 流 は 通 常 100 A 以 下 で す . な っ た ら 電 源 を 切 る FPGA ポ ー ド (BeMicro MAXIO) と LED 照 明 は イ ネ ー プ ル 付 き DC-DC コ ン バ ー タ LM2775 (Texas 図 5 セ ン サ ・ カ メ ラ の フ ロ ー チ ャ ー ト 型 番 ロ ー ・ パ ワ ー ・ モ ー ド プ ロ ロ ー グ ー no 赤 外 線 検 出 ? yes FPGAfi— ド & LED 照 明 電 源 ON 動 き 検 出 ( 3 秒 以 内 ) yes LED 照 明 電 源 OFF SD カ ー ド に 1 フ レ ー ム 転 送 (SPI) FPGAX— ド 電 源 OFF no 3 APP 4 33 3. セ ン サ ・ カ メ ラ の シ ス テ ム 構 成