新オプションCPUカード発売開始!
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IPコアやサンプル・プログラムのアップデート・バージョンのダウンロード・ページへ
オプションCPUカード/ARM9(AT91SAM9XE) Linux対応版&ITRON対応版
オプションCPUカード/SH-4A(SH7780)
オプションCPUカード/PowerPC(MPC5200)
オプションCPUカード/MIPS(VR4131)
ユニバーサル・カード
オプションCPUカード/Blackfin(ADSP-BF533)
●くろまる大容量FPGA「Spartan3」を2個搭載
コンピュータ・システムを構成する各種機能を二つのFPGAに集約しました.一つはA/Vプロセッサとして150万ゲート相当のSpartan3/1500(Xilinx社)を,もう一つはI/Oプロセッサとして40万ゲート相当のSpartan3/400を搭載しています.さらにシステム制御用にCPLD(XC95288XL)も搭載しています.
●くろまるSDRAMおよびフラッシュ・メモリを搭載
グラフィックス・コントローラのフレーム・バッファやFPGA内蔵CPUコアのRAMとして16MバイトのSDRAM(PC133対応)を,FPGAのパワーONコンフィグレーションやFPGA内蔵CPUコアのブートROMとして,8Mバイトのフラッシュ・メモリを搭載しています.
●くろまるグラフィックス出力やオーディオ入出力などのA/V機能搭載
VGAディスプレイなどアナログRGBによるグラフィックス表示機能や,CDクオリティ対応のステレオ・オーディオ入出力機能を搭載し,それらをオーディオ/ビデオ機能をA/Vプロセッサから制御できます.
●くろまるPCI/LAN/IDE/COM/USB/PS/2などのI/O機能搭載
現在のPCでも使われている,PCIバス(32ビット/33MHz)やLAN(10Base-T/100Base-TX),IDEインターフェース,COMポート,PS/2インターフェースなど,標準バスや各種インターフェース機能を搭載し,それらインターフェースをI/Oプロセッサから制御できます.
●くろまる全回路図および各インターフェース・コントローラ用IPコアをHDLソースで添付
これら各種バスやインターフェースをFPGAから制御するため,全回路図はもちろん,各種IPコアをHDLソースで添付しています.HDLソースなので,ユーザの手元で動作確認や改造などが容易に行えます(現在のバージョンではUSBホストは未実装.将来バージョンアップでIPコアを準備する予定).
以下に,添付のIPコアの仕様の概要を示します.
▲さんかくローカル・バス
・アドレス・バス29本/チップセレクト8本(4Gバイト空間)
・データ・バス32本/バイト・イネーブル4本
・リード/ライト/ウェイトなど各種制御線
・割り込み4本/拡張用8本
▲さんかくPCIバス(ホスト/ターゲット)
・クロック33MHz/32ビット
・PCIバス・リセット制御/バス・アービタ機能あり
・シングル転送のみ(バースト転送版は将来バージョンアップ予定)
▲さんかくアナログRGB出力
・VGA(×ばつ480ドット)フルカラー対応
・フレーム・バッファ機能/球面スクロール機能/垂直同期割り込み機能
・各種属性付きテキストVRAM表示機能
・ハードウェア・マウス・カーソル機能
・SVGA/XGAやアクセラレーション機能は将来バージョンアップ予定
▲さんかくオーディオ入出力
・AC97CODEC対応 量子化数16ビット/L,R独立/サンプリング周波数48kHz
・非圧縮PCMデータ転送(WAVEファイル再生機能)
▲さんかくIDEインターフェース
・PIOモード0〜4に対応
・マスタ/スレーブの2台対応
▲さんかくEthrenet(10Base-T/100Base-TX)
・MIIインターフェース対応
・受信バッファ16Kバイト(実装により12Kバイト)
・送信バッファ4Kバイト
・各種エラー検出/MACアドレス・フィルタリング機能あり
・リンク状態/通信速度/デュプレックスステータス取得/割り込み出力機能
▲さんかくCompactFlash
・CompactFlash/PCMCIA対応
・カード挿抜検出/電源制御/バス・バッファ制御/リセット制御
・TrueIDEモード/PCカード・モード対応
・PCカード・モードではI/Oカード使用可能
・8ビット/16ビット・レジスタ切り替え/バス・サイジング機能あり
▲さんかくMMCカード
・SPIモード対応
・カード挿抜検出機能
▲さんかくシリアル
・調歩同期式対応
・データ8ビット/ストップ・ビット1ビット/パリティ無し固定
・通信速度115200/57600/38400/19200/9600bps対応
▲さんかくPS/2
・PS/2ホスト機能(リセット制御/コマンド送信機能)
・キーボード&マウス対応(ホイール/第4第5ボタン/チルトホイール対応)
▲さんかくUSBターゲット
・フルスピード(12Mbps)対応
×ばつ1の各エンドポイントを実装
・ホストから要求のあるディスクリプタをハードウェアで自動応答
注:USBホスト機能とUSBターゲット機能はまったく別のものです.本キットは現状ではUSBホスト機能は未完成です.
[画像:BLANCA上面]
各部の名称
[画像:BLANCAサイド]
I/Oコネクタ部の名称
●くろまるFPGAにCPUコアを実装したSoCが可能
大容量FPGAを活かし,FPGA内にソフトCPUコアを実装して,CPUと周辺機能を一つのチップに実装したSoC(System On Chip)の実験や評価が可能です.本評価キットではソフトCPUコアとして,M32Rソフトコア評価版(ルネサステクノロジ,ネットリスト提供)およびM32R用ソフトウェア開発ツールを添付しています.
[本製品は,(株)ルネサス テクノロジのM32Rコア技術のライセンスを受けています]
●くろまるオプションCPUカードをスタック接続可能
本評価ボードでは,オプションCPUカード(別売)をスタック接続することを想定しており,将来的に予定している各種CPUカードを,本評価ボードと組み合わせてシステムを評価することが可能です.
[画像:オプションCPUカード]
オプションCPUカードを搭載可能
●くろまる評価ボードのブロック図
本評価ボードでは,アナログRGB出力やサウンド入出力などのオーディオ/グラフィックス機能を制御するFPGAをA/Vプロセッサ,IDEやネットワーク,シリアルなどの周辺入出力機能を制御するFPGAとしてI/Oプロセッサと呼んでいます.A/VプロセッサにはSpartan3 XC3S1500(Xilinx社)を,I/Oプロセッサには同じくSpartan3 XC3S400(同社)を搭載しています.
本評価ボードには大きく2本のメイン・バスを採用しています.一つはPCIバス,もう一つはいわゆるCPUのローカル・バスです.A/VプロセッサとI/Oプロセッサは,PCIバスとローカル・バスのどちらにも接続されています.
さらにオプションCPUカード搭載時は,CPUのローカル・バスとも接続されます.さらにそのCPUにPCIバス・インターフェース機能が実装されている場合は,PCIバスからも接続されます.
よってA/VプロセッサとI/Oプロセッサは,ローカル・バス側から見える空間に各種機能をマッピングすることも,PCIバス側にマッピングすることも可能です.バースト転送が必要なリソースはDMA転送仕様が標準化されているPCIバス側に,PCIバスに接続するほど高機能ではないリソース(LED出力やディップスイッチ入力)は,バス・プロトコルが簡単なローカル・バス側に実装するといったように,必要な機能や仕様にあわせて自由自在にシステム・メモリ・マップを設計できます.
[画像:BLANCAブロック図]
評価ボードのブロック図
なお,本評価ボードのより詳細なボード仕様については,Interface2006年1月号 特集 『Appendix2 コンピュータ・システム技術学習キットの全貌』および,Interface2006年2月号 連載 コンピュータ・システム技術学習キット活用通信 『第1回 学習キットの各部の構成』もあわせてご参照ください.
●くろまる評価ボード搭載のデバイスについて
本評価ボードにはFPGAやCPLD以外に,次のようなデバイスを搭載しています.
・SDRAM ......... MT48LC4M32
・フラッシュROM ......... Am29DL640G
・Ethernet PHYデバイス ......... LAN83C185
・AC97コーデックデバイス ......... WM9711
・アナログRGB出力D-Aコンバータ ......... ADV7125
これ以外のデバイスとしては,バスバッファやバススイッチをいくつか採用しています.
このように本評価ボードでは,アナログ系のデバイスや物理層など,ロジック回路では実現できない部分にはそれぞれデバイスを搭載していますが,ロジック回路で実現できる部分は,すべてFPGAで実現するという方針を採っています.
●くろまるソフトウェア開発環境
本評価キットでは、ソフトCPUコアとしてMicroBlazeとM32Rソフト・コアが使えます.
MicroBlazeでは,ベンダ標準の開発ツールEDK(Embedded Development Kit)が必要です.本評価キットにはEDK評価版(インストール後60日間使用可能)を添付しています.
M32Rソフト・コアのソフトウェア開発には,gccとgdbが用意されています.本評価キットには,Linux環境用とWindows+Cygwin環境用のM32R用gccとgdbを添付しています.評価キットにはLinuxやCygwinのインストールCD-ROMは添付していないので,別途ダウンロードおよびインストールしてください.
本評価キット添付のサンプルプログラムは順次バージョンアップ版を用意していきます.定期的にダウンロード・コーナをご参照ください.
●くろまるソフトCPUコア上で動作するOS
本評価キットは,現状ではハードウェアの学習用をメイン・ターゲットとしているので,添付のソフトウェアは「セクタ・ダンプ・プログラム」や「PING応答/要求プログラム」といった,ハードウェアの動作確認用の単機能プログラムのみとなっています(main()から書き始める,OSのない環境で動作するCプログラム).
しかし,将来的にはOSを移植して,その上で各種バス/インターフェースが使えるようにドライバなどを順次用意する予定です.現在動作可能な2種類のソフトCPUコアにおいては,次のようなOSを移植中です.
・MicroBlaze ............ TOPPERS移植が完了ししだい,ユーザ・サポート・ページからダウンロードできるようにする予定です.ご期待ください.
・M32Rソフト・コア ... TOPPERS,Linux(MMUを使う本物のLinux)
●くろまる本評価キットの活用記事 UpDate!
本評価キットの活用記事は,Interface誌などで順次掲載していきます.
▲さんかくInterface特集記事
・Interface2006年1月号 特集 FPGAを活用した組み込みシステム設計入門
...シリアル・コントローラの基礎とアナログRGB出力対応グラフィックス・コントローラの設計技法などを解説.
・Interface2007年3月号 特集 システム性能を引き出すメモリ活用&設計法
...BLANCAに搭載されているNOR型フラッシュROMやSDRAM、FPGA内蔵ブロックRAMの使い方を解説.
NOR型フラッシュROMからのFPGAブート・システム,2ポートSDRAMコントローラ,
テキストVRAMコントローラ,グラフィックス・コントローラなどの設計事例を解説.
・Interface2007年9月号 特集 最小構成Linuxシステムの構築に挑戦!
組み込みシステム開発評価キットでM32R Linuxを起動する
第4章 オリジナル仕様ハードウェアのデバイス・ドライバの書き方
...BLANCAのフレームバッファでX-Windowシステムを表示/マウスドライバを作成など
・Interface2008年1月号 特集 CPUの仕組みから学ぶブートローダ/BIOS設計
ネットワーク・ブートや各種ストレージ・デバイスからのブートに対応
第6章 組み込みシステム開発評価キット用オリジナル・ブートローダの作成
...Ethernetによるネットワークブート/HDD&MMCカードによるFATファイルシステムからのブート/
CD-ROMやDVD-ROMドライブによるISO9660からのブートローダを作成
・Interface2008年4月号 特集 システム・アーキテクチャの実践的設計技法
...MIPS互換ソフトCPUコアPlasmaのBLANCAへの実装事例
...EDK9.2を使った新MicroBlazeシステムの設計事例
...PCIバス版BLANCA設計事例 など
・Interface2009年8月号 特集 グラフィックス描画の原理,手法,コントローラ
...オプションCPUカード/SH-4Aを使った最も基本的なグラフィックス描画ルーチンの作成
...FPGA評価ボードを使ったカメラ画像入力&表示システムの設計
...画像入出力対応FPGA評価ボードを使ったメニュー・システムを作る C++で記述するGUIプログラムの作成
・Interface2009年10月号 特集 シミュレータと実機で学ぶ組み込みLinux入門
...オプションCPUカード/ARM9を使ったLinux移植活用事例
...オプションCPUカード/SH-4Aを使ったLinux移植活用事例
▲さんかくInterface2006年2月号〜2006年10月号 連載 『コンピュータ・システム技術学習キット活用通信』
・第1回(2006年 2月号) 学習キットの各部の構成
・第2回(2006年 3月号) ソフトCPUコアMicroBlazeと開発ツールEDK
・第3回(2006年 4月号) EDKを使ったMicroBlazeシステム開発
・第4回(2006年 5月号) MicroBlazeにユーザ回路を接続する方法
・第5回(2006年 6月号) MicroBlazeで割り込みを使う方法
・第6回(2006年 7月号) MicroBlazeにグラフィックス表示機能を実装する
・第7回(2006年 8月号) M32Rソフト・コアの特徴
・第8回(2006年 9月号) M32Rソフト・コアのFPGAへの実装事例
・第9回(2006年10月号) M32Rソフト・コア用プログラム作成事例
▲さんかくInterface2006年11月号〜連載中 『組み込みシステム開発評価キット活用通信』
・第1回(2006年11月号) これがBLANCAシステム・アーキテクチャだ
・第2回(2006年12月号) リソース情報の取得と割り込みシステム
・第3回(2007年1月号) BLANCAシステム・バスとPCIバスの接続
・第4回(2007年2月号) ビッグエンディアンとリトルエンディアンの両方へ対応するには
・第5回(2007年3月号) BLANCAシステム・バスとIDE&CompactFlashへのブリッジ
・第6回(2007年4月号) システム・クロックに依存しない設計技法
・第7回(2007年5月号) PCIバスとブリッジ・ボードの活用事例
・第8回(2007年6月号) オリジナル16ビット・プロセッサ・コアMR16の概要
・第9回(2007年7月号) リモート・メモリ・モニタ・システムの構築
・第10回(2007年8月号) MITOUJTAGを活用したハードウェア・デバッグ手法
・第11回(2007年9月号) PS/2キーボード&マウスの制御法とインテリジェントPS/2ホスト・コントローラの設計
・第12回(2007年12月号) RTOSへ対応するためのMicroBlazeメモリ・マップの変更
・第13回(2008年1月号) MicroBlaze新メモリマップ対応割り込みハンドラの作成とブレーク信号の追加
・第14回(2008年3月号) 評価ボードに独自インターフェースを追加する
・第15回(2008年5月号) BLANCAにカメラ・モジュールを繋いでみる
・第16回(2008年6月号) オプションCPUカードSH-4A(SH7780)の設計
・第17回(2008年11月号) オプションCPUカードBlackfin(ADSP-BF533)の設計
・第18回(2008年12月号) ユニバーサル・カードを使ってSH-2&V850を接続する
・第19回(2009年6月号) PCIバス割り込みテスト用回路の設計
・第20回(2009年10月号) オプションCPUカード/ARM9(AT91SAM9EX)の設計
・第21回(2009年11月号) ARM9拡張子基板をLinuxから活用する
・第22回(2010年1月号) インテリジェントPS/2コントローラの改良
・第23回(2010年5月号) NTSCコンポジット出力&コンポーネント出力の実装
・第24回(2010年7月号) AT91SAM9XEシリーズへのTOPPERS/JSPの移植
▲さんかく各バス/インターフェースのコントローラ設計について
本評価キットには各種バス/インターフェースを実装しています.それぞれのバス/インターフェースの基礎知識やFPGAによる設計事例の参考書籍は次のようなものがあります.
・PCIバス
全般知識...
TECH I Vol.21 改訂新版 PCIバス&PCI-Xバスの徹底研究
FPGAによるPCIバス・コントローラの設計事例...
TECH I Vol.25 改訂新版 PCIデバイス設計入門
・IDE(ATA/ATAPI)
全般知識&FPGAによるIDEコントローラの設計事例...
TECH I Vol.10 ATA(IDE)/ATAPIの徹底研究
・Ethernet
全般知識&FPGAによるEthernetコントローラの設計事例...
TECH I Vol.32 Ethernetのしくみとハードウェア設計技法
・USBターゲット
USB全般知識...
TECH I Vol.30 改訂新版 USBハード&ソフト開発のすべて
FPGAによるUSBターゲット・コントローラの設計事例...
Interface2007年1月号 USBターゲット&ホスト機器設計の完全理解
第5章 FPGAによるUSBターゲット・コントローラの設計事例
・CompactFlashカード
全般知識&FPGAによるPCカード・コントローラの設計事例...
TECH I Vol.37 改訂新版 PCカード/CFカードの徹底研究
・MMCカード
全般知識&FPGAによるMMCカード・コントローラの設計事例...
TECH I Vol.35 フラッシュ・メモリ・カードの徹底研究
・PS/2
全般知識&FPGAによるPS/2ホスト・コントローラの設計事例...
Interface2005年12月号別冊付録 PC周辺機器オリジナル設計ガイド [2]
Interface誌では本評価キットの活用記事を毎号掲載していきます.ご期待ください.
●くろまる本評価キットの開発ツールの動作環境
本評価キットでは,FPGA開発ツールをインストールするのに,次の環境が必要です.
・パソコン ...... PC/AT互換機(Pentium III 1GHz以上を推奨)
・対応OS ......... Windows2000またはXP
・メモリ ......... 256Mバイト以上(512Mバイト以上を推奨)
・HDD空き容量 ... 10Gバイト以上
・CD-ROM/DVD-ROMドライブ
...開発ツールのインストール時に使用
・LPTポート
...本評価ボードにFPGA設計データをダウンロードする場合に使用します.USB-LPTポート・アダプタなどで増設したLPTポートでは動作しません.
別売のFPGAコンフィグレーション用USBダウンロード・ケーブルなどを使う場合は,LPTポートは不要です.
・インターネット接続環境
...開発ツールのインストール時に,ライセンス取得のためのユーザ登録で使用します.FPGA開発ツールをインストールするPCとは別のパソコンでもかまわないので,インターネットに接続してWebを表示できる環境が必要です.ユーザ登録をしてライセンスを取得しないと,FPGA開発ツールはインストールできません.
●くろまる本評価キットを使用する場合に別途必要なもの
本評価キットでは,評価ボードを動作させるのに別途用意していただく必要のある物があります.
▲さんかく必須のものこのように,本評価ボードには各種コネクタを実装しているので,使用するコネクタに合わせたケーブルや周辺機器が必要になります.これらはユーザの用途にあわせて,別途ご用意ください.
・ATX電源(20ピンまたは24ピン)
本評価ボードでは電源としてPC/AT互換機でも使われているATX電源を使用します.コネクタは20ピンですが,24ピン・コネクタのATX電源もそのまま使用することができます.
・LPTポート接続ダウンロード・ケーブル
FPGAのコンフィグレーション・データをダウンロードするのに使用します.D-Sub25ピン,全ピン・ストレート結線,片端オス,片端メスのケーブルです.
FPGAのコンフィグレーション用にLPTではなく,別売のコンフィグレーション・ケーブルを使用する場合は,このケーブルは不要です.
・RS-232-C用D-Sub9ピン・クロス・ケーブル
シリアル・コンソールの接続用に使用します.
▲さんかく用途に合わせて準備するもの
・アナログRGB入力VGA対応ディスプレイ,および接続ケーブル
本評価ボードのアナログRGB出力を使って画面表示をするときに使用します.本評価ボードのアナログRGB出力は高密度D-Sub15ピン・コネクタです.
・USBケーブル(片端 標準TypeA,片端 Mini B)
本評価ボードをUSB周辺機器として接続するときに使用します.
・PS/2キーボード&マウス
本評価ボードのPS/2インターフェースを使って,キーボード入力やマウス操作をする場合に使います.
・Ethernetケーブル(10Base-T/100Base-TX)
本評価ボードをネットワークに接続するときに使用します.パソコンなどと直結する場合はクロス・ケーブルを,ハブに接続する場合は通常(ストレート)のケーブルを使います.
・ステレオ・ミニ・ケーブル(入出力2本),またはアンプ内蔵スピーカ,ライン出力オーディオ機器
本評価ボードのライン出力端子から音を再生するときは,ステレオ・ミニのオーディオ・ケーブルを使ってアンプなどのライン入力機器に接続するか,外付けのアンプ内蔵スピーカが必要です.
本評価ボードのライン入力端子から音を録音するときは,ステレオ・ミニのオーディオ・ケーブルを使ってプレーヤなどのライン出力機器に接続するか,ヘッドフォン出力端子と接続する必要があります.
・IDE接続HDD,ATAPI接続光学ドライブ(CD-ROM/DVD-ROM),および40ピンIDEケーブル
本評価ボードのIDEインターフェースを使ってHDDやCD-ROMドライブを接続するときに使います.
・CompactFlashソケット/MMCカード・ソケット基板
本評価ボードではこれらのカードのソケットを実装しておらず,別売のコネクタ基板を実装してソケットを実装します.CompactFlashソケット用にはCK-14(サンハヤト)を,MMCカード用にはCK-16(同社)またはSDカード用のソケットCK-29(同社)を使ってMMCカードを差し込んで使うことができます.
なお,これらのソケットに差し込む各種カードも別途ご用意ください.
本ページでは,本キットに関する最新情報を順次公開していきます.
●くろまる本評価キットの購入方法について
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