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。

本講義では、FPGAの基本概念と動作原理を理解し、FPGAが持つ利点およびASICとの違いを検討します。続いて、FPGA設計プロセスとFPGA詳細設計分野について説明します。FPGA開発ツールの種類と役割を学び、AMD FPGA開発ツールであるVivadoのインストールを行います。 簡単な例題デザイン実習を通じて、FPGA設計過程を経験します。

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。