第1章　FPGAの内部といろいろなFPGAボード

1-1　FPGAとは

• 1-1-1　論理回路とは
• 1-1-2　論理回路の実現方法
• 1-1-3　HDLによる論理回路の表現
• 1-1-4　FPGA内部の基本構造
• 1-1-5　回路情報をFPGAに書き込むことで動作する
• 1-1-6　本書で用いたFPGAの規模
• 1-1-7　内蔵メモリの構成

1-2　各種FPGAボードの紹介

• 1-2-1　入手しやすくなったFPGAボード
• 1-2-2　かつては雑誌の付録にもなったFPGAボード
• 1-2-3　学習に適したFPGAボードの条件
• 1-2-4　FPGAボードの比較

1-3　回路情報のダウンロード

• 1-3-1　コンフィグレーション方法
• 1-3-2　USB-Blasterは多機能だけど高価

1-4　第1章のまとめ

コラムA　Altera FPGAからIntel FPGAへ

第2章　FPGAの回路設計を体験

2-1　開発ソフトウェアQuartus Prime

• 2-1-1　Quartus Primeとは
• 2-1-2　FPGAの開発手順
• 2-1-3　開発ソフトウェアや設計データのダウンロード

2-2　回路設計とコンパイル

• 2-2-1　7セグメントデコーダの設計
• 2-2-2　プロジェクトの作成
• 2-2-3　ピンアサイン
• 2-2-4　コンパイル
• 2-2-5　コンパイルエラーの対策

2-3　コンフィグレーションと回路の拡張

• 2-3-1　FPGAボードの準備
• 2-3-2　コンフィグレーションの実施
• 2-3-3　1秒桁への拡張
• 2-3-4　1秒桁回路のコンパイルと動作確認

2-4　第2章のまとめ

• 2-4-1　まとめ
• 2-4-2　課題

コラムB　各操作の目的とアウトプットを意識して操作しよう

第3章　もう少し進んだ回路設計

3-1　1時間計の作成

• 3-1-1　1時間計の設計仕様
• 3-1-2　ブロックごとにモジュールを分けた回路記述
• 3-1-3　プロジェクトを作成して動作確認

3-2　状態遷移を回路で実現

• 3-2-1　時刻合わせ機能の仕様
• 3-2-2　ステートマシンの回路構造

3-3　時刻合わせ機能付き時計の設計

• 3-3-1　全体ブロックと各カウンタの作成
• 3-3-2　修正桁点滅の実現
• 3-3-3　制御部と最上位階層を作成
• 3-3-4　コンパイルし動作を確認
• 3-3-5　実用的な拡張案

3-4　第3章のまとめ

• 3-1-1　まとめ
• 3-4-2　課題

第4章　波形観測による回路デバッグ

4-1　ロジックアナライザとは

• 4-1-1　デバッグの基本は波形観測
• 4-1-2　ロジックアナライザの基本動作
• 4-1-3　FPGAの中にロジックアナライザを組み込む

4-2　SignalTap IIを組み込んで波形観測

• 4-2-1　SignalTap IIの組み込み
• 4-2-2　SignalTap IIによる波形観測

4-3　第4章のまとめ

• 4-3-1　まとめ

コラムC　FPGAは本当に高性能なのか？

第5章　FPGA内蔵CPUを試す

5-1　Nios IIプロセッサとは

• 5-1-1　FPGA にCPUを内蔵させるメリット
• 5-1-2　ソフトマクロとハードマクロ
• 5-1-3　Nios IIプロセッサの概要と種類
• 5-1-4　数多く用意されている周辺回路

5-2　Nios IIシステムの構築

• 5-2-1　Nios IIに7セグメントLEDとスイッチを接続
• 5-2-2　Qsysでシステムを構築
• 5-2-3　最上位階層の作成とコンパイル

5-3　プログラムの作成と実行

• 5-3-1　プログラムの作成
• 5-3-2　Nios II EDSによるビルド
• 5-3-3　回路のコンフィグレーションとプログラムのダウンロード
• 5-3-4　プログラムの実行

5-4　第5章のまとめ

• 5-4-1　まとめ
• 5-4-2　課題

第6章　自作周辺回路の接続とAPIの利用

6-1　Nios IIのバス

• 6-1-1　バスとはなにか
• 6-1-2　Nios IIシステムのバス「Avalonバス」
• 6-1-3　Avalon バスの主要信号とタイミング
• 6-1-4　バス幅の違いを吸収するスイッチ・ファブリック

6-2　自作周辺回路の設計と接続

• 6-2-1　自作PIOに7セグメントLEDとスイッチを接続
• 6-2-2　自作周辺回路をQsysに組み込む
• 6-2-3 制御プログラムの作成と実行

6-3　タイマー割り込みによるAPI活用例

• 6-3-1　作成システムの仕様とタイマーブロックの構造
• 6-3-2　タイマー内蔵のNios IIシステムを構築
• 6-3-3　ポーリングによるプログラム例
• 6-3-4　割り込みを使ったプログラム例
• 6-3-5　HAL APIを使ったプログラム例

6-4　第6章のまとめ

• 6-4-1　まとめ
• 6-4-2　課題

コラムD　プログラムをダウンロードできない！？

第7章　いろいろな周辺回路を設計

7-1　キーボードとマウス接続回路

• 7-1-1　PS/2インターフェースの仕様概要
• 7-1-2　PS/2インターフェース回路の設計
• 7-1-3　Nios IIシステムへの組み込み
• 7-1-4　キーボードのテストプログラム
• 7-1-5　サンプリングクロックを工夫して波形観測
• 7-1-6　マウスのテストプログラム
• 7-1-7　スクロールホイールへの対応

7-2　VGA文字表示回路

• 7-2-1　VGAインターフェースの仕様概要
• 7-2-2　VGA文字表示回路の設計仕様
• 7-2-3　ブロック図とタイミングチャート
• 7-2-4　IP Catalogによるメモリの生成
• 7-2-5　Qsys階層の作成とシステムの完成
• 7-2-6　Nios II EDSにより動作確認

7-3　第7章のまとめ

• 7-3-1　まとめ
• 7-3-2　課題

第8章　外部メモリを用いたグラフィック表示回路

8-1　外部SDRAMの制御

• 8-1-1　SDRAMの概略
• 8-1-2　SDRAMのテストシステムを構築
• 8-1-3　SDRAMコントローラとPLLの接続
• 8-1-4　SDRAMテストプログラムによる動作確認

8-2　グラフィック表示回路の作成

• 8-2-1　Avalon-MMのマスター
• 8-2-2　グラフィック表示回路の仕様
• 8-2-3　グラフィック表示回路の構成と回路記述
• 8-2-4　FIFOの作成
• 8-2-5　グラフィック表示回路システムの構築
• 8-2-6　リンカスクリプトを修正してビルドし動作確認

コラムE　画像ファイルの表示

8-3　第8章のまとめ

• 8-3-1　第8章のまとめ
• 8-3-2　課題

第9章　CMOSカメラの接続と応用

9-1　カメラモジュールの概要と接続

• 9-1-1　CMOSカメラモジュールの概略
• 9-1-2　OV7725の画像系タイミング
• 9-1-3　SCCB仕様と主要レジスタ
• 9-1-4　カメラモジュールの接続

9-2　キャプチャ回路

• 9-2-1　キャプチャ回路システムの概略
• 9-2-2　キャプチャ回路の詳細

9-3　SCCBコントローラの作成とシステムの構築

• 9-3-1　SCCBの詳細タイミング
• 9-3-2　SCCBコントローラの構成
• 9-3-3　システムの構築とテストプログラムの作成

9-4　動画録画機能の実現

• 9-4-1　動画記録と再生の仕組み
• 9-4-2　動画記録再生のプログラム

9-5　第9章のまとめ

• 9-5-1　第9章のまとめ
• 9-5-2　課題

コラムF　制約ファイルの読み方書き方

Appendix I　開発環境の構築

I-1　開発ソフトウェアのダウンロードとインストール

• I-1-1　Quartus Primeのダウンロード
• I-1-2　Quartus Primeのインストール

I-2　USB-Blasterドライバのインストール

Appendix II　各FPGAボード利用上の注意点

II-1　DE10-Lite

• II-1-1　3個目のプッシュスイッチの代わりにスライドスイッチを割り当て
• II-1-2　PS/2コネクタをArduino 端子に接続
• II-1-3　内蔵メモリを使う際の設定
• II-1-4　PLLが異なる

II-2　DE1-SoC

• II-2-1　コンフィグレーションでは一手間必要
• II-2-2　画像用のD/Aコンバータを搭載
• II-2-3　ARMコアを内蔵したSoC FPGAチップを搭載

II-3　設計データの利用方法

• II-3-1　設計データの内容
• II-3-2　設計データ利用上の注意点
• II-3-3　Quartus Primeを立ち上げずに動作を確認する方法
• II-3-4　Quartus Primeでプロジェクトを作成して動作を確認する方法

Appendix III　回路データおよびプログラムのROM化

III-1　各FPGAボードごとのROM化方法

• III-1-1　DE0-CV
• III-1-2　DE10-Lite
• III-1-3　DE1-SoC

III-2　Nios IIプログラムのROM化

• 参考文献
• 索引