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Verilog FPGA Program 2 (MicroBlaze1)

Xilinx FPGAでMicroBlazeを実装する内容です。

（5.0）受講レビュー 5件

受講生 204名

難易度 初級

受講期間 無制限

Verilog HDL
Verilog HDL
FPGA
FPGA
MicroBlaze
MicroBlaze
Verilog HDL
Verilog HDL
FPGA
FPGA
MicroBlaze
MicroBlaze

学習した受講者のレビュー

5.0

5.0

withuman

52% 受講後に作成

実務に多くのお役に立っています。 良い講義ありがとうございます！

5.0

베릴로그응애

100% 受講後に作成

ZyboのようにARMが内蔵されていない場合は、Microblazeで開発するのが楽です。しかし、Microblazeを活用する方法はインターネットにあちこちに広がっており、グーグルを行って勉強をしなければならず、初心者がそのように勉強すれば何が本当に必要な内容なのか区別することができないようです。しかし、この講義はMicroblazeを活用するための基本的な知識を盛り上げてくれます。この講義の内容を少しだけ応用すれば、実務にも十分活用可能です。そして何よりも長所なのは、必要に応じてすぐに探して復習できるということです。

5.0

balmont

26% 受講後に作成

今回はMicroblazeを活用してプロジェクトを行っています。でした。

受講後に得られること

  • FPGAでMicroBlazeを使用する

  • Verilogプログラム

  • FPGAプログラム

勉強するのが大変なFPGA MicroBlaze！
講義と一緒なら攻略できます 💪

Xilinx FPGAでMicroBlazeを使用する！

MicroBlazeは、FPGA内でIP形式で提供されるプロセッサです。MicroBlazeはプロセッサコアと周辺機器（Peripheral）が分離されているため、ユーザーが目的に合わせて周辺機器を構成することができます。

講義テーマ 📖

FPGAを扱うことには多くの困難が伴います。FPGAを実装するためには、ハードウェア的な知識はもちろん、使用するツールやVerilogの文法についても深い理解が必要です。MCUをポーティングして使用するためには、さらに深い知識が要求されます。XilinxはFPGAに関する多くのドキュメントを提供していますが、ドキュメントを読むと他のドキュメントを参照するように指示されるケースが非常に多いです。そのため、Xilinx社が提供するドキュメントを見て理解することは、熟練した開発者でなければ非常に困難です。

本講義では Xilinx FPGAにMicroBlazeをポーティングして使用する方法を詳細に説明します。ツールのインストール過程から MicroBlazeをポーティングして使用する方法、 ユーザーロジックとMCU間のインターフェースを実装することについて詳しく解説します。FPGAでMicroBlazeを使いこなすスキルで、さらなるキャリアアップを目指しましょう！

講義の中で理解できない部分は、インフロンコミュニティまたは私が運営しているカフェを通じて質問を投稿していただければ、回答させていただきます。

📢 受講前に必ずご確認ください！

  • 本講義は電子文書形式で構成されたテキスト講義です。受講される方には、講義で説明されているすべてのソースファイルを提供します。講義は後日、動画として制作される予定です。
  • 本講義は、2019以降のバージョンであるVitis 2022.1を基準に説明します。
  • 講義資料は「セクション 0 - 資料共有リンク - 添付ファイル」からダウンロードできます。

講義の特長 ✨

講義内容は
実務にすぐ適用可能！

テストで検証済みの
オープンソースを提供！

デバッグ、開発に必要な
Windowsアプリプログラムを提供！

このような方におすすめです 🙋‍♀️

VerilogでFPGAを設計した
経験がある方

C言語を用いて
FWを作成したことがある方

MicroBlazeに興味はあるけれど
経験がない方

こんなことを学びます 📚

セクション 1. HW構成

セクション 2. Vitis 2022.1 インストール手順

  • Vitisは非常に重いツールです。インストール時の注意点や、現在使用中のVivadoと競合せずにインストールする方法を説明します。

セクション 3. MicroBlazeで画面に“Hello world”を出力する

  • 本セクションでは、大まかな流れを把握することに目的を置いて説明します。

セクション 4. MicroBlazeの周辺機器(Peripheral)

  • 主に使われるGPIO、Timer、Uart、Interruptについて説明します。MicroBlazeで提供されるPeripheralは似ているため、講義内容を習得すれば他のPeripheralも簡単に使用することができます。

セクション 5. 実務に適用できる知識

  • ほとんどの資料がPeripheralを扱うところで終わっています。しかし、FPGAでMicroBlazeを使用する目的は、ユーザーが設計したLogicをMicroBlazeを通じて制御することです。究極的には、UI（User Interface）を通じてユーザーが設計したLogicを制御することです。
  • 講義では、User Logicを構成するためのPWMモジュールを4つ追加しました。User Logicを制御するためのRegister Mapを構成し、MicroBlazeおよびUIを通じてUser Logicを制御します。これらすべての過程を説明・実装し、結果を提示します。
  • 本セクションで説明した内容は、実務にそのまま適用できます。User Logicを追加し、Register Mapを追加すれば、その他のすべての過程は実装されたものをそのまま使用するだけです。

セクション 6. lwIP Echo Server

  • lwIPを利用してEcho Serverを実装する内容です。MicroBlazeでキャッシュ（Instruction Cache、Data Cache）を使用するために、DDRコントローラーを実装します。

セクション 7. lwIPの活用

  • lwIPを利用したTCP/IP通信にUser Logicを追加する過程を説明します。PCからTCP/IPを利用してコマンドを送信し、lwIPを通じてコマンドを受信してUser LogicでボードのLEDを制御する過程を説明します。これを通じてlwIPとUser Logicのインターフェースを実装し、結果を確認します。

セクション 8. W5500モジュールを利用したTCP/IP実装

  • v1.4で追加された内容です。wiznet社のw5500モジュールを利用してTCP/IPを実装する内容です。PCとネットワークで接続してデータの送受信を実装します。これを応用すれば、TCP/IPを利用する分野に多様に適用できるでしょう。

セクション 9. Block Memory Interface - 1

  • v1.5で追加された内容です。Block Designで標準提供されているBlock Memory Interfaceを実装します。

セクション 10. Block Memory Interface - 2

  • v1.5で追加された内容です。User LogicにBlock Memoryを追加してBlock Memory Interfaceを実装します。これを応用してUser Register Mapを実装し、pwmのfrequency、dutyを制御する例題を実装します。
상세 커리큘럼이 궁금하다면?
  1. 概要 (4)
  2. HW構成 (6)
  3. SWインストール (7)
  4. Hello World 구현 (12)
    1. 기본 Template 구현 (12)
      1. プロジェクト作成 (12)
      2. Create Block Design (15)
      3. HDL Wrapper 作成 (21)
      4. User Logic 実装 (22)
      5. xdc 実装 (27)
      6. Generate Bitstream (30)
      7. Export Hardware (31)
    2. Embedded SWの実装 (34)
    3. Flash에 프로그램 다운로드 (45)
      1. vitisでダウンロード (45)
      2. elfファイルをvivadoで追加後ダウンロード (50)
  5. MicroBlaze Peripheral 구현 (59)
    1. Block Design (59)
      1. GPIO : LED_4bits (60)
      2. GPIO : btn0 (External Interrupt-1) (61)
      3. GPIO : btn1 (外部割り込み-2) (62)
      4. GPIO : btn3, 4(General Input, Toggle switch) (63)
      5. Timer (64)
    2. Application SW (71)
      1. xparameters.h ファイル (72)
      2. ソース構造 (75)
      3. コード実装 (77)
    3. ダウンロードおよび結果の確認 (82)
  6. User Logic 인터페이스 구현 (83)
    1. Block Design (84)
    2. User Logic 구현 (88)
      1. mcu_pwm.v (89)
      2. pwm_top.v (90)
      3. spi_slave.v (91)
        1. 通信プロトコル (93)
        2. レジスターマップ (93)
        3. 波形 分析 (94)
        4. コード実装 (96)
        5. Simulation (103)
      4. BlazeTop.v (106)
      5. xdc 生成 (109)
    3. Application SW (112)
      1. comm_task コピー  (116)
      2. helloworld.c (116)
      3. 通信プロトコル (118)
      4. comm_task (119)
    4. ダウンロードおよび結果確認 (120)
    5. HW Update (124)
  7. lwIP Echo Server 구현 (126)
    1. システム構成 (126)
    2. lwIP HW 구현 (128)
      1. プロジェクト作成 (128)
      2. HW Block 生成 (130)
      3. HDL Wrapper 作成 (152)
      4. Application SW (158)
      5. 結果確認 (167)
      6. ソース分析 (174)
  8. lwIP 활용 (180)
    1. HW Design (180)
    2. User Logic 実装 (185)
    3. Application SW 実装 (192)
  9. W5500을 이용한 TCP/IP 구현 (202)
    1. プロジェクト生成 (206)
    2. Block Design (207)
    3. Top Module 実装 (217)
    4. 응용 SW 구현 (222)
      1. Memory Size (232)
      2. ファイル構造 (233)
      3. data_type.h (233)
      4. ax_common.h (234)
      5. w5500.c, w5500.h (234)
      6. w5500_task.c, w5500_task.h (234)
      7. w5500_socket.c, w5500_socket.h (235)
      8. w5500_loopback.c, w5500_loopback.h (235)
      9. helloworld.c (238)
    5. 결과 확인 (240)
      1. プロジェクトのビルド (240)
      2. PCネットワーク設定 (241)
      3. プログラムのダウンロードおよび結果の確認 (242)
      4. 外部Flashへのプログラムダウンロード (246)
    6. 結論 (247)
  10. Block Memory Interface - 1 (248)
    1. プロジェクト作成 (248)
    2. Block Design (250)
    3. Constraints ファイルの追加 (260)
    4. 応用SWの実装 (263)
  11. Block Memory Interface - 2 (268)
    1. プロジェクト生成 (269)
    2. Block Design (270)
    3. User Logic Design (279)
    4. 応用SWの実装 (289)
    5. ダウンロードおよび結果の確認 (289)
    6. リンクスクリプトの修正 (295)
  12. 参考資料 (297)
  13. Revision History (298)

予想される質問 Q&A 💬

Q. 講義の対象者は誰ですか？

Verilogの文法を理解しており、FPGA設計の経験があり、組み込みシステム(FW)の開発経験がある方を対象としています。しかし、少しの経験さえあれば、内容通りに進めることで十分に理解できるはずです。

Q. 講義を受講するために準備すべき事項はありますか？

本講義は実習ボード Arty A7-35T（100T、Digilent社製）で進行されます。もしボードが準備されていない場合は、まず内容を確認してから、後でボードを購入して必ずボード上で確認することをお勧めします。FPGAの実装はシミュレーションで終わらせず、必ずHWで検証する必要があります。

Q. プログラムツールは何を使用しますか？

最新バージョンであるvitis 2022.1バージョンを使用します。本講義にインストール過程が詳しく紹介されています。

講師紹介 ✒️

経歴事項

私は20年余り大企業や中小企業で開発者として働き、現在は小さな企業を経営しています。CCTV用ISP（Image Signal Processing）ASICを開発し、OLED検査装置、DAQ（Data Acquisition System）など、FPGAを利用した多くの製品を開発してきました。FPGAだけでなく、FW開発（STM32、PIC32、AVR、ATMEGAなど）、回路設計、Windowsプログラムなど、豊富な経験を持っています。

こんな方に
おすすめです

学習対象は
誰でしょう？

  • MicroBlazeにご興味のある方

  • FPGAに興味がある方

  • Verilogに興味がある方

前提知識、
必要でしょうか？

  • C言語

  • Verilog HDL

  • Xilinx FPGA

こんにちは
alexです。

キャリア認証

1,791

受講生

96

受講レビュー

134

回答

4.8

講座評価

17

講座

私は過去20年余り、大企業や中小企業で開発者として働いてきました。

現在は小さな企業の代表を務めております。

主な経歴は以下の通りです。

  • Verilog HDLを用いたFPGA設計

    • CCTV用ISP ASICの開発（約10年）

    • OLEDディスプレイ検査装置の開発（約3年）

    • FPGAを用いた装置開発

  • MCU FW

    • STM32

    • PIC32

    • AVR, ATMEGA

    • DSP (TI)

  • Windowsアプリケーションプログラム

    • Visual Studio MFC, C++

です。

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全体

290件

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受講レビュー

全体

5件

5.0

5件の受講レビュー

  • withuman3898님의 프로필 이미지
    withuman3898

    受講レビュー 2

    ∙

    平均評価 5.0

    5

    52% 受講後に作成

    実務に多くのお役に立っています。 良い講義ありがとうございます！

    • baekga839465님의 프로필 이미지
      baekga839465

      受講レビュー 1

      ∙

      平均評価 5.0

      5

      61% 受講後に作成

      これまで簡単に説明ができて難しくありません。 良い講義のようです。 現業でFPGA LogicとHWを設計しています。 最近はMB or NIOSまでハンドリングできる能力をたくさん求めているようです。 良いディンドルになりそうです。 これからも良い教育をお願いします。

      • ihil
        知識共有者

        受講評 ありがとうございます。参考になってくれてありがとう。 世界が急速に変わるようです。技術も急速に変わりました これもしなければならず、それもしなければならないことが多すぎますね。 とにかく進んでいることがうまくいくことを願っています。ありがとうございます〜！

    • soi897님의 프로필 이미지
      soi897

      受講レビュー 6

      ∙

      平均評価 5.0

      5

      100% 受講後に作成

      ZyboのようにARMが内蔵されていない場合は、Microblazeで開発するのが楽です。しかし、Microblazeを活用する方法はインターネットにあちこちに広がっており、グーグルを行って勉強をしなければならず、初心者がそのように勉強すれば何が本当に必要な内容なのか区別することができないようです。しかし、この講義はMicroblazeを活用するための基本的な知識を盛り上げてくれます。この講義の内容を少しだけ応用すれば、実務にも十分活用可能です。そして何よりも長所なのは、必要に応じてすぐに探して復習できるということです。

      • ihil
        知識共有者

        心からの受講評 ありがとうございます。助けてくれてありがとう。今後、素晴らしい開発者になりますように。 最近では動画素材があまりに多くあり、動画が楽になることもあり、長所も多いようです。しかし、言ってくださったように繰り返し資料を見たいときには文書が良いようです。文書はどこに何があるのか​​をすぐに見つけることができるからです。今後も引き続き有益な資料作りをして、多くの方がお役に立てるよう努めてまいります。ありがとう〜！

    • park395989962님의 프로필 이미지
      park395989962

      受講レビュー 1

      ∙

      平均評価 5.0

      5

      26% 受講後に作成

      今回はMicroblazeを活用してプロジェクトを行っています。でした。

      • ihil
        知識共有者

        受講坪ありがとうございます。

    • neulha님의 프로필 이미지
      neulha

      受講レビュー 15

      ∙

      平均評価 5.0

      5

      100% 受講後に作成

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      本講義では、DDR Memory Arbiterを実装します。

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      FPGA プログラムを Verilog HDL を使用して設計する講義です。

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      Verilog FPGA Program 1 (Zynq mini 7020)

      alex

      Verilog FPGA Program 6 (ddr Arbiter)講義サムネイル

      Verilog FPGA Program 6 (ddr Arbiter)

      alex

      本講義では、DDR Memory Arbiterを実装します。

      初級

      初級

      Verilog HDL, FPGA

      Verilog FPGA Program 6 (ddr Arbiter)講義サムネイル

      Verilog FPGA Program 6 (ddr Arbiter)

      alex

      FPGA実装のためのRISC-V CPU設計 ① Pythonで学ぶRV32I命令構造と実行原理講義サムネイル

      FPGA実装のためのRISC-V CPU設計 ① Pythonで学ぶRV32I命令構造と実行原理

      EdgeChipLab

      CPUを作ろうと決心すると、たいてい回路図から探し始めます。ところが、図面を広げた瞬間に答えられない質問が生じます。「このブロックはなぜここにあるべきなのか？」「レジスターを読み取るポートはなぜ2つなのか？」 答えはすべて命令にあります。命令が何を要求しているかを知れば、どのような回路が必要かが決まります。逆の順序では成り立ちません。 RISC-Vの講義はすでにいくつもあります。しかし、その多くはスライドに値を表示して「こうなります」と言って次に進んでしまいます。受講生はその値が正しいか確認する方法がありません。 この講義では、Python命令実行シミュレーターを一緒にお渡しします。run ADDと打てば、その場で機械語が組み立てられ、32ビットがフィールドごとに展開され、レジスターがどのように変わるかが画面に表示されます。教材のすべての数字はこのツールの実行結果であり、皆さんの画面で全く同じように再現されます。 商用デバッガーはライセンスが必要で、シミュレーターはインストールが壁になります。このツールはPythonさえあれば十分です。ボードも、ライセンスも、インストールも必要ありません。 RV32I命令40個を一つも漏らさず直接実行しながら、回路が何をすべきかを自ら見つけ出す過程です。

      初級

      初級

      riscv, cpu-architecture, instruction-set-architecture

      FPGA実装のためのRISC-V CPU設計 ① Pythonで学ぶRV32I命令構造と実行原理講義サムネイル

      FPGA実装のためのRISC-V CPU設計 ① Pythonで学ぶRV32I命令構造と実行原理

      EdgeChipLab

      設計独学's Verilogマスター Season 2 (実践コーディングテストの決定版：高難易度問題で完成させる転職フリーパス)講義サムネイル

      設計独学's Verilogマスター Season 2 (実践コーディングテストの決定版：高難易度問題で完成させる転職フリーパス)

      semisgdh

      Season 1が実力点検と基礎固めだったとするならば、Season 2はただ「合格と転職」のためだけの実戦圧縮トレーニングです。 単なる文法やゲートレベルを超え、実際に大手企業や外資系の現場、そしてコーディングテストで頻出する最上位の高難易度モジュール（CDC、同期/非同期FIFO、AMBA APB、SPI、I2C、FIRフィルタなど）を直接設計してみます。 面接官の深掘りするような圧迫質問にも揺るがない、確かな設計能力が必要ですか？地方大学から外資系半導体企業への転職を成し遂げたETAの実戦ノウハウのすべてと、コーディングテストの決定版といえる問題たちをこの講義にすべて詰め込みました。最後のシーズン、あなたの転職フリーパスを完成させてください。

      中級以上

      中級以上

      Verilog HDL, FPGA, system-verilog

      設計独学's Verilogマスター Season 2 (実践コーディングテストの決定版：高難易度問題で完成させる転職フリーパス)講義サムネイル

      設計独学's Verilogマスター Season 2 (実践コーディングテストの決定版：高難易度問題で完成させる転職フリーパス)

      semisgdh

      FPGAにUARTを実装する講義サムネイル

      FPGAにUARTを実装する

      EasyFPGA

      UARTは最も基本的で広く活用されているシリアル通信方式であり、FPGA設計に初めて触れる初心者にとって非常に適した学習テーマです。本講義では、UARTの通信原理とフレーム構造を詳細に理解し、これを基にRTL(Register Transfer Level)設計を通じて送受信ロジックを直接実装する過程を進めます。FPGA上でUARTを実装することで、デジタル回路設計能力を体系的に養い、シミュレーションおよび検証を通じて実際のハードウェアレベルでの動作を確認する経験を積むことができます。また、Soft ProcessorであるMicroBlazeとXilinx UART IPを活用した方式も共に学習し、プロセッサベースのシステム設計フローおよびインターフェース構成を幅広く理解するようになります。これにより、論理設計とプロセッサ設計を網羅する包括的な開発能力を身につけることができます。

      初級

      初級

      FPGA, system-verilog, uart

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      FPGAにUARTを実装する

      EasyFPGA