先日からピコピコとPicoBlazeを触っていたわけですが、某所で日本開閉器工業社製の有機ELディスプレイ搭載スイッチIS-C15ANP4をPicoBlazeから制御したいと依頼を受けました。


メーカのウェブからダウンロードできる資料には、初期化時に使用するパラメータが列挙されています。このスイッチのディスプレイ・コントローラには、SOLOMON SYSTECH社のSSD1331が搭載されているようです。初期化コードをスイッチに送ってやるだけでディスプレイ・コントローラの初期化は完了です。後は、データを送ればそのまま絵として表示されます。


さて、今回のPicoBlazeのデザインは、先のLEDをピコピコさせたものをそのまま流用しました。
という事はBit Bangで制御するのね、ヒドイ！


ということで、トップのデザインです。

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity main is
 Port (
 oled_ss : out std_logic;
 oled_res : out std_logic;
 oled_dc : out std_logic;
 oled_sck : out std_logic;
 oled_sdi : out std_logic;
 clk : in std_logic;
 sw1 : in std_logic);
end main;
architecture RTL of main is
 component kcpsm6
 generic( hwbuild : std_logic_vector(7 downto 0) := X"00";
 interrupt_vector : std_logic_vector(11 downto 0) := X"3FF";
 scratch_pad_memory_size : integer := 64);
 port ( address : out std_logic_vector(11 downto 0);
 instruction : in std_logic_vector(17 downto 0);
 bram_enable : out std_logic;
 in_port : in std_logic_vector(7 downto 0);
 out_port : out std_logic_vector(7 downto 0);
 port_id : out std_logic_vector(7 downto 0);
 write_strobe : out std_logic;
 k_write_strobe : out std_logic;
 read_strobe : out std_logic;
 interrupt : in std_logic;
 interrupt_ack : out std_logic;
 sleep : in std_logic;
 reset : in std_logic;
 clk : in std_logic);
 end component;
 component c15anp4
 generic( C_FAMILY : string := "S6";
 C_RAM_SIZE_KWORDS : integer := 1;
 C_JTAG_LOADER_ENABLE : integer := 0);
 Port ( address : in std_logic_vector(11 downto 0);
 instruction : out std_logic_vector(17 downto 0);
 enable : in std_logic;
 rdl : out std_logic;
 clk : in std_logic);
 end component;
signal address : std_logic_vector(11 downto 0);
signal instruction : std_logic_vector(17 downto 0);
signal port_id : std_logic_vector(7 downto 0);
signal in_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal out_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal read_strobe : std_logic;
signal write_strobe : std_logic;
signal port000 : std_logic_vector(7 downto 0);
begin
 processor: kcpsm6
 generic map ( hwbuild => X"00",
 interrupt_vector => X"3FF",
 scratch_pad_memory_size => 64)
 port map(
 address => address,
 instruction => instruction,
 port_id => port_id,
 interrupt => '0',
 write_strobe => write_strobe,
 out_port => out_port,
 read_strobe => read_strobe,
 in_port => in_port,
 sleep => '0',
 reset => '0',
 clk => clk);
 program: c15anp4
 generic map( C_FAMILY => "S6",
 C_RAM_SIZE_KWORDS => 1,
 C_JTAG_LOADER_ENABLE => 0)
 port map( address => address,
 instruction => instruction,
 enable => '1',
 clk => clk);
 out_ratch : process(clk) is
 begin
 if clk'event and clk='1' then
 if write_strobe='1' then
 if port_id ="00000000" then
 port000 <= out_port;
 end if;
 end if;
 end if;
 end process out_ratch;
 in_ratch : process(clk) is
 begin
 if clk'event and clk='1' then
 if read_strobe='1' then
 if port_id ="00000000" then
 in_port(0) <= not sw1;
 end if;
 end if;
 end if;
 end process in_ratch;
 oled_ss <= port000(0);
 oled_res <= port000(1);
 oled_dc <= port000(2);
 oled_sck <= port000(3);
 oled_sdi <= port000(4);
end RTL;

回路はLX-9 MicroBlazeのPMODのピンに超適当に配線です。

NET "oled_ss" LOC = D18;
NET "oled_res" LOC = D17;
NET "oled_dc" LOC = G14;
NET "oled_sck" LOC = F14;
NET "oled_sdi" LOC = F15;

さて、後はI/Oをバンバン打つだけです。

 ; =========================================================
 ; Port000[0] : SS- : Slave Select (Low Active)
 ; Port000[1] : RES : Reset (Low Active)
 ; Port000[2] : D/C : Data/Command (Data=High, Command=Low)
 ; Port000[3] : SCK : Serial Clock (Up Edge Trigger)
 ; Port000[4] : SDI : Serial Data
 ; =========================================================
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Register Name
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SPI Data Register
 NAMEREG s0, SPIDATA
 ; Port Data Register
 NAMEREG s1, PORTDAT
 ; Delay Counter No.1
 NAMEREG s2, DLYCNT1
 ; Delay Counter No.2
 NAMEREG s3, DLYCNT2
 ; Delay Counter No.3
 NAMEREG s4, DLYCNT3
 ; Send Counter No.1
 NAMEREG s5, SNDCNT1
 ; Send Counter No.2
 NAMEREG s6, SNDCNT2
 ; Temporary Register No.1
 NAMEREG s7, TEMP_I
 ; Temporary Register No.2
 NAMEREG s8, TEMP_J
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Constant Variables
 ; ---------------------------------------------------------
 CONSTANT PORT000, 00
 CONSTANT OLED_SS, 01
 CONSTANT OLED_RES, 02
 CONSTANT OLED_DC, 04
 CONSTANT OLED_SCK, 08
 CONSTANT OLED_SDI, 10
MAIN:
 CALL INIT
TESTLOOP:
 CALL INIT_ADDR
 CALL FILLR
 CALL LONGDELAY
 CALL INIT_ADDR
 CALL FILLG
 CALL LONGDELAY
 CALL INIT_ADDR
 CALL FILLB
 CALL LONGDELAY
 CALL INIT_ADDR
 CALL FILLW
 CALL LONGDELAY
 JUMP TESTLOOP
INIT_ADDR:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Column Address
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 15
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 10
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 4F
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Row Address
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 75
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 00
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 2F
 CALL SEND_CMD
 RETURN
FILLR:
 LOAD TEMP_I, 30
FILLR1:
 LOAD TEMP_J, 40
FILLR2:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Byte0 = B[4:0] + G[5:3]
 ; Byte1 = G[2:0] + R[4:0]
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 00
 CALL SEND_DAT
 LOAD SPIDATA, 1F
 CALL SEND_DAT
 SUB TEMP_J, 01
 JUMP NZ, FILLR2
 SUB TEMP_I, 01
 JUMP NZ, FILLR1
 RETURN
FILLG:
 LOAD TEMP_I, 30
FILLG1:
 LOAD TEMP_J, 40
FILLG2:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Byte0 = B[4:0] + G[5:3]
 ; Byte1 = G[2:0] + R[4:0]
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 07
 CALL SEND_DAT
 LOAD SPIDATA, C0
 CALL SEND_DAT
 SUB TEMP_J, 01
 JUMP NZ, FILLG2
 SUB TEMP_I, 01
 JUMP NZ, FILLG1
 RETURN
FILLB:
 LOAD TEMP_I, 30
FILLB1:
 LOAD TEMP_J, 40
FILLB2:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Byte0 = B[4:0] + G[5:3]
 ; Byte1 = G[2:0] + R[4:0]
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, F8
 CALL SEND_DAT
 LOAD SPIDATA, 00
 CALL SEND_DAT
 SUB TEMP_J, 01
 JUMP NZ, FILLB2
 SUB TEMP_I, 01
 JUMP NZ, FILLB1
 RETURN
FILLW:
 LOAD TEMP_I, 30
FILLW1:
 LOAD TEMP_J, 40
FILLW2:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Byte0 = B[4:0] + G[5:3]
 ; Byte1 = G[2:0] + R[4:0]
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, FF
 CALL SEND_DAT
 LOAD SPIDATA, FF
 CALL SEND_DAT
 SUB TEMP_J, 01
 JUMP NZ, FILLW2
 SUB TEMP_I, 01
 JUMP NZ, FILLW1
 RETURN
INIT:
 ; =========================================================
 ; SS- : Slave Select (Low Active)
 ; RES : Reset (Low Active)
 ; D/C : Data/Command (Data=High, Command=Low)
 ; SCK : Serial Clock (Up Edge Trigger)
 ; SDI : Serial Data
 ; =========================================================
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Reset Active
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Reset Inactive
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, OLED_RES
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Column Address
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 15
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 10
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 4F
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Row Address
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 75
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 00
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 2F
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Contrast Color A
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 81
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 19
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Contrast Color B
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 82
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 14
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Setup Contrast Color C
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 83
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 24
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Master Current Control
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, 87
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 0F
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Display Start Line
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, A1
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 00
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Display Offset
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, A2
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 10
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Display Mode
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, A4
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Multiplex Ratio
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, A8
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 2F
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Dim Mode Setting
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, AB
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 12
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 0C
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 14
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 12
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Master Configuration
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, AD
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 8E
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Phase Period Adjustment
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, B1
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 44
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Display Clock Divider
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, B3
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, A0
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Enable Linear Gray Scale
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, B9
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Precharge Level
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, BB
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 12
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set VCOMH
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, BE
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 28
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Color Depth = 64K
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, A0
 CALL SEND_CMD
 LOAD SPIDATA, 70
 CALL SEND_CMD
 ; ---------------------------------------------------------
 ; Set Display Normal
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD SPIDATA, AF
 CALL SEND_CMD
 RETURN
SEND_DAT:
 ; =========================================================
 ; SS- : Slave Select (Low Active)
 ; RES : Reset (Low Active)
 ; D/C : Data/Command (Data=High, Command=Low)
 ; SCK : Serial Clock (Up Edge Trigger)
 ; SDI : Serial Data
 ; =========================================================
SEND_DAT_SLAVE_ACTIVE:
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
SEND_DAT_SETUP:
 LOAD SNDCNT1, 08
 LOAD SNDCNT2, SPIDATA
SEND_DAT_LOOP:
 SL0 SNDCNT2
 JUMP C, SEND_DAT_H
 JUMP SEND_DAT_L
SEND_DAT_H:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=HIGH, SCK=LOW
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
 OR PORTDAT, OLED_SDI
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=HIGH, SCK=HIGH
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
 OR PORTDAT, OLED_SCK
 OR PORTDAT, OLED_SDI
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; NEXT
 ; ---------------------------------------------------------
 JUMP SEND_DAT_NEXT
SEND_DAT_L:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=LOW, SCK=LOW
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=LOW, SCK=HIGH
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
 OR PORTDAT, OLED_SCK
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; NEXT
 ; ---------------------------------------------------------
 JUMP SEND_DAT_NEXT
SEND_DAT_NEXT:
 SUB SNDCNT1, 01
 JUMP NZ, SEND_DAT_LOOP
SEND_DAT_END:
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_DC
 OR PORTDAT, OLED_SS
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 RETURN
SEND_CMD:
 ; =========================================================
 ; SS- : Slave Select (Low Active)
 ; RES : Reset (Low Active)
 ; D/C : Data/Command (Data=High, Command=Low)
 ; SCK : Serial Clock (Up Edge Trigger)
 ; SDI : Serial Data
 ; =========================================================
SEND_CMD_SLAVE_ACTIVE:
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
SEND_CMD_SETUP:
 LOAD SNDCNT1, 08
 LOAD SNDCNT2, SPIDATA
SEND_CMD_LOOP:
 SL0 SNDCNT2
 JUMP C, SEND_CMD_H
 JUMP SEND_CMD_L
SEND_CMD_H:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=HIGH, SCK=LOW
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_SDI
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=HIGH, SCK=HIGH
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_SCK
 OR PORTDAT, OLED_SDI
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; NEXT
 ; ---------------------------------------------------------
 JUMP SEND_CMD_NEXT
SEND_CMD_L:
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=LOW, SCK=LOW
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; SDI=LOW, SCK=HIGH
 ; ---------------------------------------------------------
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_SCK
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 CALL DELAY
 ; ---------------------------------------------------------
 ; NEXT
 ; ---------------------------------------------------------
 JUMP SEND_CMD_NEXT
SEND_CMD_NEXT:
 SUB SNDCNT1, 01
 JUMP NZ, SEND_CMD_LOOP
SEND_CMD_END:
 LOAD PORTDAT, 00
 OR PORTDAT, OLED_RES
 OR PORTDAT, OLED_SS
 OUTPUT PORTDAT, PORT000
 RETURN
DELAY:
 LOAD DLYCNT1, 01
DELAY1:
 LOAD DLYCNT2, 01
DELAY2:
 SUB DLYCNT2, 01
 JUMP NZ, DELAY2
 SUB DLYCNT1, 01
 JUMP NZ, DELAY1
 RETURN
LONGDELAY:
 LOAD DLYCNT1, 80
LONGDELAY1:
 LOAD DLYCNT2, FF
LONGDELAY2:
 LOAD DLYCNT3, FF
LONGDELAY3:
 SUB DLYCNT3, 01
 JUMP NZ, LONGDELAY3
 SUB DLYCNT2, 01
 JUMP NZ, LONGDELAY2
 SUB DLYCNT1, 01
 JUMP NZ, LONGDELAY1
 RETURN

もう完全にPicoBlazeの使い方としてはおかしいですが、第一段階としては気にしません。
上記のコードで「赤」、「緑」、「青」、「白」と順に表示を繰り返す事ができます。

[フレーム]

リソースの使用率ですが、以下のようになりました。


Bit Bangはあんまりなので、SPIモジュールを作ってやってデータを渡すのが良いでしょう。
データを渡して、転送開始入力信号と転送完了出力信号が出てくるようなモジュールです。

フォントなどを内蔵すればもっと手軽に表示が楽しめそう。
上記を雛型にすればこういった拡張も簡単です。

ちなみに、今回はBit Bangの基本動作を外部のロジック・アナライザで確認した後、セットアップとホールド、クロックサイクルを見ながらアセンブラ・コードをチューニングし、波形が期待通りに出力されている事を確認した後で、最後にIS-C15ANP4を接続するという形で作業しました。(ChipScope使えよという感じです。)


PicoBlazeのアセンブラも、最初のバージョンより気が利くようになっていて、一度立ち上げてプログラム・ファイル名を入力しておけば「R」をタイプするだけで再コンパイルできるようになっています。


なので、アセンブルの後で生成されたVHDLををプロジェクトにコピーするバッチファイルを作っておけば、「アセンブル→再インプリメンテーション」の流れをスムーズにこなす事ができます。


こんな感じで（超適当だけど）半田付けを含めて小1時間ほどでPicoBlazeからIS-C15ANP4に絵が出せるようになりました。


念のために書いておくと、IS-C15ANP4には決められた電源シーケンスがあります。
製品に使用する場合、きちんとシーケンスを守るように設計しましょう。


最後にグリーンな表示。

ちなみに、先ほどの初期化コードの場合、2バイトで1ピクセルを表現するようになっています。
BとRが5ビット、Gが6ビットで、1バイト目がB[4:0] + G[5:3]、2バイト目がG[2:0] + R[4:0]です。

PicoBlazeってなぁに？

PicoBlazeとは、Xilinxが提供しているソフト・マクロで構成されたマイクロ・コントローラです。
最大4K命令の実行が可能で、命令長は18ビット固定、1命令あたり2クロック・サイクルで処理されます。

PicoBlazeは、非常にシンプルな8ビット・プロセッサです。
I/Oは自分で構成する事ができ、入出力それぞれ独立した8ビットのポート番号を持ちます。
割り込みなんて1系統しかありません。

最大クロック周波数は、デバイスとデザイン(配置配線、タイム・スペック)に依存するものの、Spartan-6(-2)で105MHz、Spartan-6(-3)で138MHz、Vertex-6(-3)で240MHzが得られます。

とはいえ、パフォーマンスはさほど重要なポイントではありません。
というか、パフォーマンス目当てでこんな物を使ってはいけません。


FPGAとプロセッサを並行して使う事で、論理記述言語のみで処理する場合に比べて、格段に設計が楽になったりします。（当然ですが、全てのケースでそうだなんて言いません。そういう場合もあるというだけです。）

プロセッサの場合、シーケンシャルな処理を記述するのは簡単で、単に処理を上から順に書くだけで済みます。（実行はFPGAに比べて格段に遅いけどね。）
FPGAでシーケンシャルな処理を構成する場合、ステートマシンを設計したり、ジェネリックで色々なパラメータを上位から渡せるようにした後でそれらを上位でパイプラインを構成して組み合わせたりと、何だかんだを手作業でやる事になるのが通例です。

「FPGAで構成したクロック単位でキビキビ動作する回路と、PicoBlaze上で動作するゆるーいソフトウェアを組み合わせる事で、従来にないメリットが得る」という使い方が、PicoBlazeの美味しいところです。

PicoBlazeはEDKなど有償ライセンスなしで開発できるのも嬉しいところ。
自宅のプチ・プロジェクトでも安心して使えるのがPicoBlazeなのです。

PicoBlazeのリソースをダウンロードする

PicoBlazeのリソースは、Xilinx社のウェブからダウンロードする事ができます。
ダウンロードにはサイン・インが必要です。
http://www.xilinx.com/ipcenter/processor_central/picoblaze/member/index.htm

初めにダウンロードする場合、登録が必要になっています。


ターゲットデバイスを選択して、住所などを入力します。


登録が完了するとラウンジに入室です。


ここからお目当てのデバイスのリソースをダウンロードします。
既に7シリーズ用のリソースもあります。

どんな風に開発するの？

PicoBlazeの開発フローを簡単に説明します。

1. PicoBlaze向けのソフトウェアをアセンブラで記述する。
2. 記述したソフトウェアをアセンブルして、プログラムROM用のモジュールを得る。
3. プログラムROM用のモジュールとPicoBlazeソフト・コアをプロジェクトに追加する。
4. シンセサイズとインプリメンテーションを実行する。

本当に適当な例（さっきの回路）

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity main is
 Port (
 led1 : out std_logic;
 led2 : out std_logic;
 led3 : out std_logic;
 led4 : out std_logic;
 clk : in std_logic;
 sw1 : in std_logic);
end main;
architecture RTL of main is
 component kcpsm6
 generic( hwbuild : std_logic_vector(7 downto 0) := X"00";
 interrupt_vector : std_logic_vector(11 downto 0) := X"3FF";
 scratch_pad_memory_size : integer := 64);
 port ( address : out std_logic_vector(11 downto 0);
 instruction : in std_logic_vector(17 downto 0);
 bram_enable : out std_logic;
 in_port : in std_logic_vector(7 downto 0);
 out_port : out std_logic_vector(7 downto 0);
 port_id : out std_logic_vector(7 downto 0);
 write_strobe : out std_logic;
 k_write_strobe : out std_logic;
 read_strobe : out std_logic;
 interrupt : in std_logic;
 interrupt_ack : out std_logic;
 sleep : in std_logic;
 reset : in std_logic;
 clk : in std_logic);
 end component;
 component led_toggle
 generic( C_FAMILY : string := "S6";
 C_RAM_SIZE_KWORDS : integer := 1;
 C_JTAG_LOADER_ENABLE : integer := 0);
 Port ( address : in std_logic_vector(11 downto 0);
 instruction : out std_logic_vector(17 downto 0);
 enable : in std_logic;
 rdl : out std_logic;
 clk : in std_logic);
 end component;
signal address : std_logic_vector(11 downto 0);
signal instruction : std_logic_vector(17 downto 0);
signal port_id : std_logic_vector(7 downto 0);
signal in_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal out_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal read_strobe : std_logic;
signal write_strobe : std_logic;
signal port000 : std_logic_vector(7 downto 0);
begin
 processor: kcpsm6
 generic map ( hwbuild => X"00",
 interrupt_vector => X"3FF",
 scratch_pad_memory_size => 64)
 port map(
 address => address,
 instruction => instruction,
 port_id => port_id,
 interrupt => '0',
 write_strobe => write_strobe,
 out_port => out_port,
 read_strobe => read_strobe,
 in_port => in_port,
 sleep => '0',
 reset => '0',
 clk => clk);
 program_rom: led_toggle
 generic map( C_FAMILY => "S6",
 C_RAM_SIZE_KWORDS => 1,
 C_JTAG_LOADER_ENABLE => 0)
 port map( address => address,
 instruction => instruction,
 enable => '1',
 clk => clk);
 out_ratch : process(clk) is
 begin
 if clk'event and clk='1' then
 if write_strobe='1' then
 if port_id ="00000000" then
 port000 <= out_port;
 end if;
 end if;
 end if;
 end process out_ratch;
 in_ratch : process(clk) is
 begin
 if clk'event and clk='1' then
 if read_strobe='1' then
 if port_id ="00000000" then
 in_port(0) <= not sw1;
 end if;
 end if;
 end if;
 end process in_ratch;
 led1 <= port000(0);
 led2 <= port000(1);
 led3 <= port000(2);
 led4 <= port000(3);
end RTL;

次にプロセッサ上のプログラムです。

レジスタは16レジスタが2バンクある構成になっています。



デフォルト・バンクは'A'です。
これらのレジスタは、ユーザが自由に使用する事ができます。
単にs0とかs1とかだと分かりにくいのですが、NAMEREGを使う事で名前でレジスタにアクセスする事ができます。

 NAMEREG s0, TEMP
 NAMEREG s1, DLYCNT1
 NAMEREG s2, DLYCNT2
 NAMEREG s3, PVAL000
 CONSTANT PORT000, 00
INIT:
 LOAD PVAL000, 00
LOOP:
 CALL DELAY
 INPUT TEMP, PORT000
 COMPARE TEMP, 01
 JUMP Z, LOOP
LOOP1:
 CALL DELAY
 INPUT TEMP, PORT000
 COMPARE TEMP, 00
 JUMP Z, LOOP1
LOOP2:
 ADD PVAL000, 01
 OUTPUT PVAL000, PORT000
 JUMP LOOP
DELAY:
 LOAD DLYCNT1, FF
DELAY1:
 LOAD DLYCNT2, FF
DELAY2:
 SUB DLYCNT2, 01
 JUMP NZ, DELAY2
 SUB DLYCNT1, 01
 JUMP NZ, DELAY1
 RETURN

上記の例では、スイッチを押すたびにプロセッサ上のレジスタの値をインクリメントし、インクリメントした値を8ビットのポートに出力するようにしました。

[フレーム]

今回は非常に単純な例を示したので、「そんなのVHDLだけで良い」と言われかねませんが、プロセッサによる並列処理を介在させる事でハードウェア側の設計を単純にする事ができる例があります。I2CやSPIなど、同じプロトコルでも複数の種類があるような場合や、そもそもステートがあまりに多い場合にも、全体制御をプロセッサにさせる事で、ハードウェア側の設計が楽になる事は間違いありません。（ここでは性能について一切触れませんが。）

また、ソフト・コア・プロセッサが動作するというだけで、少しワクワクした気分になるのは自分だけではないでしょう。無償で得られる開発環境で、チクチクピコピコPicoBlazeいじりなんていうのも、たまには面白いのではないでしょうか。

米国Avnet社のLX9サポートページには、使い始めるのに必要な資料が殆ど揃っています。
今日はその中から面白そうな物をピックアップして試してみることにしました。

LX9で遊びたい事の一つはやはりSoC(System On Chip)ということになるでしょう。

そこで登場するのが「uC/OS-III Example Application - Software 301 for the Spartan-6 LX9 MicroBoard」というチュートリアルです。

LX9にビットファイルを流し込む方法

LX9は何と言ってもお手軽にSoCを試す事が出来るのが魅力の1つです。

Xilinx SDKから書き込む場合には予め設定が必要なのですが、どっからどうすんだ？となった方のために整理してみましょう。

まずはhttp://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,66,768&Prod=DIGILENT-PLUGINからプラグインをダウンロードします。
今日現在ではISE 11, ISE 12, ISE 13に対するプラグインが完備されていました。


後は付属のPDFに従ってインストールすれば完了！です。（え？）
プラグインをISEのプラグインディレクトリにコピーする作業の実行です。


後は各種ツールでの設定を残すのみです。
（このページの設定において、シリアルナンバー指定は割愛しています。詳しくは付属のPDFをご覧ください。）

例えば、Xilinx SDKの場合。


iMPACTの場合。

付属する2つのUSBケーブル

LX9 MicroBoardには2つのUSBケーブルが付属しています。

1つは延長ケーブルになっていて、「Direct USB Programming」用のUSBコネクタに接続します。
このコネクタは主にFPGAをプログラムするときに使用し、ボード上のAtmel AT90USB162に接続されています。

もう1つのUSBケーブルは小さい方のUSBコネクタに接続して使用します。
こちらはボード上のSilicon Laboratories CP2102に接続されています。

LX9 MicroBoardに予め書き込まれたデザインはMicroBlazeを使ったものになっていて、CP2102経由でブートの様子を見ることができるようです。
今回はこれを試してみましょう。


使っているOSによって、CP2102に対するデバイスドライバが必要になることがあります。
ちなみにWindows7の場合には特別なインストールなしで使用することができます。

ブートさせる

安価なFPGA開発プラットフォーム

FPGA評価ボードと言えば一万円前後の物が簡単に入手できるような贅沢な時代です。
Spartan-6 FPGA LX9 MicroBoardはソフトコアマイクロプロセッサ開発環境を付属して一万円を切る値段です。
実はこの評価ボードとEDKの特別パッケージなんて噂もあったので購入を控えていましたが、限定的なSDKでも良いかということで購入に踏み切ることにしました。


市場に出回るFPGA評価ボードの中ではかなり小さい部類に入ります。

従来の評価ボードにあるような機能がかなり盛り込まれています。
ソフトコアマイクロプロセッサを動作させる事を念頭に置いたDDR SDRAMもあります。

開発環境のセットアップ

まとめ

今回は勢いで購入したLX9 MicroBoardの開発環境セットアップについて触れました。 EDKのシュリンク版っぽいものは、デバイスロックだけが制限かと思っていました。 ですが、実際にインストールしてみると1年の限定ライセンスのように見えますね。 このあたりはどうなんでしょうか？ 個人的に期間限定ライセンスには何の魅力も感じないので少し気になります。

ライセンス周りは意外に面倒ですね。
このあたり、私は考えすぎるとやらなくなるので、細かいことを気にせずにザクザクやるようにしています。
今回の記事もかなり適当ですので、参考にする場合にはくれぐれも自己責任でお願いします。
何があっても責任は取れません。