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FPGAで学ぶ実践イーサネットシステム実装 – TEMAC IP基盤Gigabit通信設計

この講義では、AMD FPGAとTEMAC IPを利用してGigabit Ethernet通信システムを設計する方法を紹介します。VivadoでTEMAC IPを生成・設定し、Topモジュールと接続して、1GbpsのEthernetフレーム送受信が可能なハードウェアシステムを設計します。Ethernetプロトコルの基本概念、フレーム構造、デバッグ方法（ILA、Wiresharkなど）もともに学習します。ARP応答およびUDP送信RTLを設計し、PCで性能を測定します。

（2.7）受講レビュー 3件

受講生 31名

難易度 初級

受講期間 12か月

  • EasyFPGA
Verilog HDL
Verilog HDL
FPGA
FPGA
ethernet
ethernet
xilinx
xilinx
vivado
vivado
Verilog HDL
Verilog HDL
FPGA
FPGA
ethernet
ethernet
xilinx
xilinx
vivado
vivado

受講後に得られること

  • Ethernetの基本概念

  • Xilinx TEMAC IP の理解と構成方法

  • FPGA ハードウェア設計実習

  • Ethernet フレーム送受信データ処理

  • デバッグと性能分析方法

  • ARP応答およびUDPプロトコル設計

Verilog文法を学んだら
今実戦感覚を育てる番です。

FPGAで設計した超高速イーサネット通信回路

今日のハードウェアは単独では動作しません。
カメラ、医療映像、自動化システム、AIエッジデバイスなど大容量・リアルタイム伝送が必要な産業現場ではイーサネットが事実上標準です。

実務において、FPGAベースのイーサネット通信回路を直接実装する事例が多く、
TEMAC IPは、これを最も効率的に支援する代表的なソリューションです。

講義では、AMD（ザイリンクス）FPGAとTEMAC IPを活用して、1Gbpsイーサネット通信システムを直接設計して実装します。複雑なMACを直接設計しなくても、AXIインターフェイスベースのIP統合だけで実務レベルの回路を完成できます。また、ARP・UDPプロトコルの実装からデバッグまで、実務フロー全体を実習でハードウェア設計の実戦感覚を育てることができます。

カリーキュラムのまとめ

  • ギガビットイーサネットは、イーサネットフレームを1Gbpsの速度で送信するために適用される用語です。

  • 高速データ転送が必要なアプリケーションに多く使用されます（産業用カメラ、医療イメージング、セキュリティおよび監視カメラ、データセンターなど）

  • FPGAによって実装される標準には、大幅に1000BASE-Tと1000BASE-Xがあります。

  • 1000BASE-Tは外部PHYチップを使用し、カテゴリ5e以上のケーブルを使用します。

  • FPGAで実装するには、直接MACとPHYブロックを設計する方法とIPを活用する方法があります。

  • AMD（ザイリンクス）が提供するTEMAC IPを活用すれば、簡単かつ迅速に1000BASE-T標準を実装できます。

  • TEMAC IPは120のEvaluationライセンスを提供し、迅速に評価できます。

  • TEMAC IP は AXI4 Stream と AXI4 Lite を介してユーザーロジックに接続します。この目的のために、AXI4の学習が行われます。

  • ARPおよびUDPプロトコルをFPGAに設計および実装し、PCと通信します。これにより、カスタムプロトコル開発の基盤を整えることができます。

練習環境

  • Vivado 2022.2バージョン

  • Gigabit Ethernetポートを備えたFPGAボードとPC

  • カテゴリー5e以上のケーブル

  • PCツール

    • WireShark（ネットワークプロトコルアナライザ、フリーインストール）

    • カスタムUDP受信プログラム

提供資料

  • TEMAP IP サンプルデザインプロジェクト

  • ARP処理設計プロジェクト

  • UDP送信プロトコル設計プロジェクト

  • カスタムUDP受信プログラム(例コード)

こんな方に
おすすめです

学習対象は
誰でしょう？

  • Ethernetベースの通信システムを実装したい方

  • FPGAベースのネットワーク設計を学びたい大学生および初級開発者

  • 今後 UDP/IP, TCP, GigE Vision, RoCE といった 高度な 通信設計 を 目指す方

  • FPGA設計を実応用に拡張したい方

前提知識、
必要でしょうか？

  • Verilogを用いたデジタル回路設計経験

  • Vivadoツールを使用して Synthesis/Implementation/Bitstream 生成 経験

こんにちは
です。

514

受講生

30

受講レビュー

4

回答

4.4

講座評価

3

講座

  • FPGAは、伝統的な半導体設計プロセスとは異なり、素早く簡単に設計を具現化できるという長所を持つデバイスです。デザインソースさえあれば、FPGAの論理要素を活用して、即座に配置および配線が可能です。また、ハードウェア的な性格が強いため、コードも複雑ではなく直感的に記述することができます。

  • 重要なのはFPGAの設計概念とフローを理解し、さらには設計目的と対象について理解することです。これに基づき、デザインソースの構造を最適化し、適切な制約条件を入力して安定したFPGAを設計することが核心となります。

  • 講義ではコーディングよりも、FPGA設計の概念や構造、設計手法およびフローを中心に構成し、ステップバイステップの実習に重点を置いた内容をお伝えします。自ら実装し、実習を通じてノウハウを積み重ねていくことこそがFPGAエンジニアの核心であり、今後AIに代替されるであろうコーディングよりも大きな価値となるはずです。

     

  • 10年以上の経歴を持つFPGAおよびハードウェア設計の専門家で、高速データ処理、通信システム設計、画像処理などに特化しており、多様なFPGAプロジェクトに参画。

  • 下記のYouTubeやブログから、より詳細な情報を得ることができます。

     

カリキュラム

全体

22件 ∙ (1時間 5分)

講座資料（こうぎしりょう）:

授業資料
講座掲載日: 
最終更新日: 

受講レビュー

全体

3件

2.7

3件の受講レビュー

  • neulha님의 프로필 이미지
    neulha

    受講レビュー 15

    ∙

    平均評価 5.0

    修正済み

    5

    100% 受講後に作成

    イーサネット実装の概念を学ぶことができて良かったし、チェックする方法も良かったです。確かに初心者はこの講義を何度も聞かないと理解できないと思います。だからといって講義のクオリティが決して低いわけでもないと思います。良い講義を聞くことができて良かったです。今後も良い講義をお願いします。

    • easyfpga
      知識共有者

      こんにちは。残していただいた受講レビューがとても参考になりました。ありがとうございます。

  • oen1115532님의 프로필 이미지
    oen1115532

    受講レビュー 1

    ∙

    平均評価 2.0

    2

    76% 受講後に作成

    例題ソースの回路図をお願いします。ありがとうございます。

    • easyfpga
      知識共有者

      こんにちは。回路図は私が直接製作したものではないため、著作権および権限の問題で直接共有することが難しい点、ご了承ください。類似の回路はAMD FPGAのEvaluation Boardの資料を参考にしていただけます。

    • oen1115532

      Evaluation Boardの名前は何ですか？

    • easyfpga
      知識共有者

      複数のボードがありますが、AC701を参考にしてみてください。 https://www.amd.com/ko/products/adaptive-socs-and-fpgas/evaluation-boards/ek-a7-ac701-g.html

  • pyj41642311님의 프로필 이미지
    pyj41642311

    受講レビュー 4

    ∙

    平均評価 4.0

    1

    100% 受講後に作成

    資料が不足しています！

    • easyfpga
      知識共有者

      どのような資料が必要かお教えください。Ethernet Frameの情報や、コードに関する情報が不足していますか？

￥6,103

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