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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


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.18


FPGA マ カ ジ ン No. 18 a 色 圧 緑 る の に す っ 時 滅 ~ ロ 0 一 基 第 MAXI O-JBÄ 板 ( USB ダ ウ ン ロ ー ド ・ ケ ー プ ル 相 当 ) 0 特 集 OOODD ー も 推 す 新 オ ー プ ン ソ ー ス C--OO—> づ く り Artyfi— ド (a) ArtY7fi— ド 写 真 3 R 旧 C - V シ ス テ ム の FPGA へ の ダ ウ ン ロ ー ド 完 了 で LED が 点 減 す る ハ ズ 表 6 Artix-7 の FPGA 使 用 率 FPGA Artix-7 全 体 リ ソ ー ス 開 発 用 PC へ 開 発 用 PC 諸 物 0 MAXI 板 3 色 LED が 白 色 で 点 滅 す る (b) MAXI 0 ー FB 基 板 ( 追 加 部 品 を フ ル 装 備 し た 状 態 ) 表 7 MAX 10 の FPGA 使 用 率 FPGA MAX 10 全 体 リ ソ ー ス ロ ジ ッ ク ・ エ レ メ 8064 レ ジ ス タ メ モ リ ・ ビ ッ ト 乗 算 器 Artix-7 全 体 20800 9600 41600 50 4 (b) イ ン プ リ メ ン ト 時 FPGA リ ソ ー ス RISC-V 2695 ( 12.96 % ) 2495 ( 6.00 % ) 2 4 RISC-V 2970 ( 1428 % ) 0 4491 ( 56 % ) 2375 ( 30 % ) 65536 ( 17 % ) 8 ( 17 % ) LUT LUTRAM FF BRAM DSP 20800 9600 41600 50 (a) シ ン セ シ ス 時 LUT LUTRAM FF BRAM DSP 8064 2493 ( 5.99 % ) 2 4 387072 4 48 ち ま せ ん . ま た FPGA に ソ フ ト ・ マ ク ロ CPU を 実 装 3. 俺 々 SC - V 実 装 時 の す る と い う 意 味 で は , lntel 社 に は Nios Ⅱ が , Xilinx FPGA 使 用 率 社 に は MicroBIaze が 既 に 存 在 し , そ ち ら も 性 能 面 で は 太 刀 打 ち で き ま せ ん ( こ れ ら の CPU コ ア は 実 装 デ ノ ヾ ・ FPGA 使 用 率 の 比 較 イ ス を 選 択 し た 時 点 で , そ れ に 最 適 化 さ れ た 回 路 が 用 実 装 し た RISC - V が ど の 程 度 の 回 路 規 模 に な っ て い ロ 意 さ れ て い る の で , 同 じ ソ フ ト マ ク ロ と い え ど も , 高 る か を , FPGA の 使 用 率 を も と に 比 較 し て み ま し ょ グ い 性 能 が 出 せ る ). こ れ だ け を 見 る と , RISC-V を 採 用 つ . す る こ と に あ ま り 魅 力 は 感 じ ら れ ま せ ん . Artix-7 の FPGA 使 用 率 を 表 6 に 示 し ま す . LUT を し か し , 最 後 の 第 6 章 で 解 説 す る よ う に , ユ ー ザ 拡 約 13 % ほ ど 使 用 し て い る の が 分 か り ま す . こ の 程 度 2 張 命 令 を 追 加 す る こ と を 念 頭 に RISC-V を 開 発 す る こ の 使 用 率 で あ れ ば , Artix-7 ク ラ ス の FPGA で あ れ ば , と で , 特 定 シ ス テ ム 専 用 の RISC-V を 実 現 す る こ と が 数 個 の RISC - V コ ア を 実 装 し た マ ル チ CPU 化 さ せ る こ 3 で き ま す . こ れ ら の 拡 張 性 に 魅 力 を 感 じ ら れ れ ば , と も 可 能 で し よ う . RISC - V を 採 用 す る 意 味 は 十 分 に あ る と 思 い ま す . 次 に MAX 10 の FPGA 使 用 率 を 表 7 に 示 し ま す . RISC-V の 仕 様 書 自 体 は ポ リ ュ ー ム が あ る よ う に 見 ち ら は ロ ジ ッ ク ・ エ レ メ ン ト を 約 56 % ほ ど 使 用 し て 1 え ま す が , 実 際 に 開 発 し て み る と そ れ ほ ど の 量 で は あ い る の が 分 か り ま す . RISC - V を 1 個 実 装 し た だ け で , り ま せ ん . た だ , 基 本 命 令 セ ッ ト が 決 ま っ て い る だ け 約 半 分 を 使 っ て し ま い ま し た . マ ル チ CPU 化 す る に と 考 え れ ば , 命 令 も 拡 張 す る こ と も 可 能 な の で 性 能 は , よ り 回 路 規 模 の 小 さ い RISC - V を 作 成 す る か , サ PP ( 実 装 面 積 な ど も 含 め ) を 自 由 に 追 求 で き る RISC-V イ ズ の 大 き な MAX 10 に デ バ イ ス を 切 り 替 え る 必 要 2 CPU を 開 発 す る こ と が で き ま す . 俺 々 RISC-V を 開 発 が あ り ま す . 5 し て み て は い か が で し よ う か ? 6 App RISC-V を FPGA に 実 装 す る と , ASIC 化 さ れ て い る FreeDom な ど の チ ッ プ に は 性 能 面 で は 全 く 歯 が 立 い し は ら ・ ひ で み AQUAXIS TECHNOLOGY 45 3. 俺 々 R 旧 C - V 実 装 時 の FPGA 使 用 率

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