理論より実践！ FPGA開発をスタートしよう：触って学ぼう FPGA開発入門（1）（1/3 ページ）

開発環境の準備

ツールを選定しよう

　まずは、FPGA開発に必要なツールを選定します。FPGAメーカー各社から独自の開発ツールが提供されています。その中から筆者が選択したのは、ザイリンクスの「ISE WebPACK 8.2i」です。同ツールはアカウント登録さえ行えば、無償で利用できます。

　ISE WebPACKは、ザイリンクスのサイトにある、「無償ダウンロード」からダウンロードできます。インストールの方法は、「WebInstall」と「シングル ファイル ダウンロード」の2種類があります。どちらでインストールしても構いません。また、インストールはデフォルトの設定で進めて特に問題ありません。

　ちなみにサイト内の「無償 ISE WebPACK の登録およびダウンロード方法」に、ダウンロードに関する説明があるので参考にしてください。

ボードを選定しよう

　続いて、今回使用するFPGAボードを選定します。本連載は入門者を対象にしているので、誰にでも気軽に始められるような「低価格」で「使いやすい」ボードを選択したいと思います。世の中には多くのFPGAボードが出回っていますが、その中で低価格と使いやすさを考慮すると「ヒューマンデータ XILINX対応FPGAトレーナ EDX-002」が最良だと筆者は考えます。同製品を選択した主な理由は以下のとおりです。

写真1　ヒューマンデータ XILINX対応FPGAトレーナ EDX-002

• 価格が1万4800円（税抜き）と安い
• USBで設計データをFPGAボードへダウンロードできる（パラレルポートのないノートPCでも利用可能）
• USBから電源供給できる
• 入出力が豊富にある（プッシュスイッチ×3、赤色LED×8、7セグメントLED×4）

　EDX-002とPCを接続するには、EDX-002用のドライバをPCにインストールする必要があります。また、開発・生成したFPGA用のデータをEDX-002にダウンロードするには「BitCfg」というツールが必要となります。詳しくは、EDX-002に付属しているマニュアルを参考にインストールしてください。

　これで、開発ツール（ISE WebPACK）と実装対象となるFPGAボード（EDX-002）の準備ができました。

Verilog-HDLを記述しよう

　開発を進める前に、回路設計に使用するハードウェア記述言語（HDL）を選定する必要があります。HDLには大きく分けて「Verilog-HDL」と「VHDL」がありますが、本連載では以下の理由からVerilog-HDLを採用することにします。

• Verilog-HDLの方が歴史が古い（日本での浸透度はアプリケーション分野により異なる）
• 記述量が少ない
• Verilog-HDLが主流である（筆者の独断と偏見）

　ここでは、Verilog-HDLの文法や言語仕様などの細かな説明は避けて、まずは「動かす」ことを第一に進めていきます。

　今回は、3つのプッシュスイッチ（以下スイッチ）を押して（入力）、8つの赤色LEDを点灯（出力）させる「3入力8出力のデコーダ」をサンプルとして開発してみましょう。

写真2　8つの赤色LED（上）と3つのプッシュスイッチ（下）

　下記リスト1に「3入力8出力のデコーダ」のソースを示します。このソースをそのまま入力して「dec.v」というファイルを作成し、任意のフォルダに保存します（本連載では、C:\temp\IT_Media\Chapter1に保存しています）。

1  module DECODER(A,B,C,Y);
2  input A,B,C;
3  output [7:0] Y;
4  reg [7:0] Y;
5  
6  always @(A or B or C)
7  begin
8     case({A,B,C})
9             3'b000:Y=8'b00000001;
10            3'b001:Y=8'b00000010;
11            3'b010:Y=8'b00000100;
12            3'b011:Y=8'b00001000;
13            3'b100:Y=8'b00010000;
14            3'b101:Y=8'b00100000;
15            3'b110:Y=8'b01000000;
16            3'b111:Y=8'b10000000;
17            default:Y=8'bxxxxxxxx;
18    endcase
19 end
20 endmodule