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トライアルシリーズフリーのCPUコアNios II/eと高速ロジックで七変化FPGAスタータ・キットで初体験!オリジナル・マイコン作り【オンデマンド版】※ご注意:当書籍にはFPGA基板は付属しておりません. FPGA基板DE0は,ソリトンウェーブで販売しています.
本書は,オリジナル・マイコンというよりも,FPGA/Nios IIマイコン・システム設計の入門書です.低価格で高性能なFPGAボードDE0を使用して,PWM制御システムと動画像処理システムの設計方法を詳しく解説しています.
それぞれの動作を収録した動画をhttps://www.cqpub.co.jp/toragi/nios2/movies/movie.htmで公開しています.これからSOC(System On Chip)に取り組まれる方の最初の足掛かりとして,魅力的な内容と言えるでしょう. ※ご注意:当書籍にはFPGA基板は付属しておりません. FPGA基板DE0は,ソリトンウェーブで販売しています. 目次
第1部 PWM制御システム編 第1章 PWM発生器1個をFPGAに実装して動かす(1日目) Quartus IIでプロジェクトを生成する PWMモジュールをVerilog HDLで書く Pin Plannerで入出力ピンを割り当てる Start Compilationボタンでコンパイル Programmerボタンでプログラム 右端の緑色LEDがゆっくり点滅しているのを確認 補足1:Verilog HDLで記述したPWM回路の詳細 第2章 Nios IIを使って効率良く設計を進める(2日目) ロジックをつなぐだけの設計には限界が.やはりマイコンも必要 Qsysを使ってNios IIマイコン・システムを構築する Quartus IIに戻ってNios IIマイコン・システムを組み込む Nios II EDSでソフトウェアを開発する 動作確認とキャリア周波数/デューティの変更 補足2 エラーが出たときは.トラブル・シューティング 第3章 7セグLEDとボタンでデューティを変える(3日目) ポートの上げ下げのコンビネーションで数字を表現する Qsysで7セグ制御用PIOを追加する Qsysで何かを追加したら必ずQuartus IIに戻ってコンパイル Nios II EDSでソフトウェアを作ってPIOを制御する 第4章 PWMを8個に増やしてNios IIで制御する(4日目) QsysでPWM8個を制御するPIOを追加する Quartus IIでPWMを8個に増やす Nios II EDSでC言語ソースを記述する 第5章 複雑なステート遷移もNios II+C言語で楽々(5日目) ステート遷移を考える Qsysで7セグをさらに3個追加 Quartus IIでVerilog HDLファイルを編集 Nios II EDSで8個のPWMを制御する 作成したPWM制御システムの仕様 C言語コーディングのポイント 第6章 SignalTap IIでPWMの動作確認(6日目) FPGA内部の信号をロジック・アナライザで当たる SignalTap II使い方あれこれ 第7章 ハードウェアとソフトウェアをROM化する(7日目) QsysでEPCSを組み込む Quartus IIでEPCS関連の処理 Nios II EDSで新規プロジェクトを作ってFlash Programmer 第8章 SDRAMにソフトウェアを置く(8日目) QsysでSDRAMコントローラを追加する Quartus IIでSDRAM関連の処理 Nios II EDSでSDRAM用ソフトウェアを作成 第9章 フラッシュ・メモリにソフトウェアを置く(9日目) Qsysでフラッシュ・メモリ・コントローラを構成する Quartus IIでフラッシュ・メモリ関連の処理 Nios II EDSでメモリ・テストしてからプログラムする 第10章 フラッシュ・メモリに変数を読み書き(10日目) Qsysでスライド・スイッチを1個追加しておく Quartus IIでスライド・スイッチの処理 Nios II EDSでフラッシュの読み書きの記述を追加 作成したPWM制御システムの応用例 第11章 PWM制御システムの論理シミュレーション(11日目) アルテラが提供する無償の論理シミュレータを使う シミュレーション結果を見る 第2部 画像処理システム編 第1章 ともかくCMOSカメラの映像をVGAに映す(1日目) CMOSカメラの概要 カメラとVGAとの同期を考える CMOSカメラ・モジュールをDE0につなぐ ハードウェアをFPGAに実装する 第2章 ライン・バッファで同期をとる回路の詳細(2日目) 画像処理コアVideoProcCore CMOSカメラからの信号を受け取るCAM_CTRL VGAに同期信号を出すVGA_CTRL ライン・バッファを制御するLINEIN_CTRL ライン・バッファで水平同期の時間差を吸収 第3章 Nios IIでCMOSカメラのレジスタ設定(3日目) Qsysを使ってNios IIマイコン・システムを構築する Quartus IIに戻ってNios IIマイコン・システムを組み込む Nios II EDSでソフトウェアを開発する Nios IIでカメラのレジスタ設定して1歩前進 第4章 外部SDRAMを使ってフル画像表示する(4日目) DE0に実装されたSDRAMを使う 8個のフレーム領域をうまく使う 外部SDRAMを使うように外部ハードウェアを変更 フル画像が見られるのはSDRAMを使っているから 第5章 SDRAMの使い方(5日目) SDRAMのインターフェース SDRAMの初期化シーケンス 本書ではCAS Latency=2,Burst Length=4で使う 第6章 SDRAMコントローラのしくみ(6日目) シーケンス制御用にステート・マシンを作る 全体的な処理の流れ SDRAM書き込みラインと読み出しラインの関係 SDRAMの書き込み回路の詳細 SDRAMの読み出し回路の詳細 SDRAM内部のフレーム・マッピング 具体的なアドレスの出し方 第7章 静止画モードとリピート・モードを実現(7日目) 静止画/リピート対応のためにSDRAMコントローラを変更する Qsysでモード切り替え用PIOを追加 Nios II EDSでモード切り替え用ソフトウェアを開発する モード切り替え用ソフトウェアの詳細 第8章 動き成分を表示する(8日目) カメラ画像を使った動き検出のメリット 二つのフレームを読み出して差分をとる ハードウェアで動き成分を計算する Nios II EDSでソフトウェアを1ヵ所だけ変更する 動き成分表示回路の詳細 第9章 動き検出してモニタをON/OFF(9日目) QsysでVGAをON/OFFする制御線を追加 Quartus IIで動き検出回路を追加 Nios II EDSでVGAをON/OFFするソフトウェアを開発 動き検出回路の詳細 Nios IIはMDETを見てDISPOFFを制御する 第10章 SDメモリーカードに静止画を保存する(10日目) SDメモリーカード(広義)の詳細 Qsysで静止画の通り道を作る Quartus IIで静止画の授受が出来るように変更 Nios IIがSDメモリーカードの読み書きをする 第11章 SDメモリーカード⇔SDRAMのしくみ(11日目) SDRAM→SDメモリーカード転送のシーケンス SDメモリーカード→SDRAM転送のシーケンス SDRAM→SDメモリーカード転送回路の動作 SDメモリーカード→SDRAM転送回路の動作 第12章 SDメモリーカードをNios IIで読み書き(12日目) SDメモリーカードはSPIモードで使用する SDメモリーカードの初期化ルーチン SDメモリーカードへのデータの送信 SDメモリーカードからのデータの受信 各フレームのアドレスの割り当て方 1ライン書き込む関数と読み出す関数 3フレーム書いて3フレーム読むmain関数 第13章 動きに合わせてブザーを鳴らすシステム(13日目) QsysでPWM制御用PIOを追加する Quartus IIでPWMを制御できるように変更を加える Nios IIは動きの回数によりPWMの周期を変える 第14章 動きの方向を振動モータで伝えるシステム(14日目) 左右独立した動き検出ハードウェア Quartus IIで動き検出の部分に変更を加える Nios IIがモータの振動の強さを決める 高速画像処理のロジックと全体制御のNios IIは最強コンビ 第15章 画像処理システムの論理シミュレーション(15日目) 1日目に使ったプロジェクトのシミュレーション SDRAMを含めたシミュレーション Appendix Appendix A LCDを使って効率的で確実なデバッグ Appendix B RS-232-Cポートを使ってパソコンと通信 Appendix C FPGA開発ツールのセットアップ Appendix D USB-Blasterドライバのインストール Appendix E ModelSim-Altera Starter Editionのセットアップ Appendix F 第1部のVHDLと第2部のVerilog HDL 関連商品
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