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FPGAマガジン仕様の検討からFPGAへの実装,サンプル・プログラムの動作確認までFPGAマガジン No.18Googleも推す新オープンソースCPU RISC-Vづくり
世の中に数あるオープンソースCPUの中から,本特集ではGoogleも推している“RISC-V”を取り上げてみます.
RISC-Vのホームページ(https://riscv.org/)からダウンロードできるのは,RISC-Vの仕様書です.今回紹介するFPGAマガジン版RISC-Vは,この仕様書を元に筆者がスクラッチからVerilog HDLで書き起こした,オリジナルRISC-Vです. 特集はまず解説編として,第1章ではRISC-Vを取り巻くさまざまな状況を整理してみます.現在のプロセッサがかかえる問題点や,RISC-Vがどのような背景から登場してきたのかなどを説明します.そして第2章ではRISC-Vのアーキテクチャについて,ARMやMIPSと比較しながら解説しています. いよいよ第3章からがFPGAへの実装編です.RISC-Vの実装には自由度があるので,どのような性格のCPUを実現するかをよく検討する必要があります.そして第4章で,MAX 10搭載MAX10-FB基板とArtix-7搭載Artyボードのそれぞれの評価ボードにFPGAマガジン版RISC-Vを実装し,第5章ではLチカや「Hello World」など,動作確認プログラムをコンパイルしてRISC-Vで動かしてみます. 最後の第6章では,3×3の行列積演算処理の中の1つの積和演算を,一度に実行するカスタム命令をRISC-Vに追加してみます.シミュレーションでは,カスタム命令を使うことで10倍以上の高速化を確認できました. 目次
仕様の検討からFPGAへの実装,サンプル・プログラムの動作確認まで 特集 Googleも推す新オープンソースCPU RISC-Vづくり [IoTの世界を制するか?] 懸念材料もあれど,今後の可能性を期待させるアーキテクチャ プロローグ なぜRISC-Vが注目されるのか [全体像を整理する] 登場の背景からRISC-V対応ソフトウェアの状況,FPGA向け実装例まで 第1章 これでスッキリ!RISC-Vを取り巻く現状 [MIPSそっくり?] ARMやMIPSと比較すると見えてくる設計思想 第2章 初めてのRISC-Vアーキテクチャ [CPU設計入門] 拡張命令にはどれを組み込むか,ハードウェアをどう構築するか… 第3章 俺々RISC-Vの仕様検討 [Verilog HDLでのCPU記述例] 5ステージ動作でベーシックなCPU設計の勉強にもなる Appendix1RISC-VコアのHDL記述の実際 [安価な評価ボードで誰でも試せる!] 評価ボードMAX10-FB基板&Artyで動かす 第4章 俺々RISC-VのFPGAへの実装 [仕様書どおりに動作するか?] このテストパターンをパスしないとRISC-Vとは言えない?! Appendix2 RISC-V検証用テスト・プログラムによる動作確認 [まずはLチカから始めよう] 「Hello World !」表示から乗除算命令を使う演算テストまで 第5章 俺々RISC-Vのプログラム作成 [どんな命令を追加しようか] 3×3行列積演算を高速化するオリジナル積和演算命令 第6章 俺々RISC-Vへのカスタム命令の追加 [Ubuntu上に環境構築] FPGA開発ツールやRISC-V用コンパイラのインストール手順 Appendix3 ハードウェア&ソフトウェア開発環境の構築 特集関連 [創ろう,拡げよう,設計者ネットワーク] 本邦初!RISC-Vトラックで5つの講演に注目 Design Solution Forumへのお誘い 高位合成ツールVivado HLS特設記事 [CPUが無くても楽々シーケンス制御] 高位合成ツールVivado HLSをI/Oデバイス制御回路の作成に活用する ソフトウェアとして記述したCをハードウェアとして動かすには 最新技術 [HDMI表示にも対応!] サンプル・デザインの入手先から開発環境の構築手順まで Cyclone V SoC搭載 最新ボード“DE10-Nano”登場!(セットアップ編) [無線帯域もワンチップで] FPGAにRFクラスのアナログ・テクノロジを統合 ソフトウェア無線を実現するXilinx社のRFSoC登場 [Enpirion電源ソリューション] 低電圧化/大電流化に対応し,より高度な柔軟性を求められる最先端FPGA向け電源 高性能FPGA用電源の課題とディジタル制御電源のメリット 技術解説 [カメラ/LCDモジュールの接続で使われる] スマートフォン内部で使われる高速インターフェースの定番! MIPI PHY規格の概要 [Tバイトオーダの領域が使える] Zynq搭載ZedBoard+Spartan-6搭載SATA接続FMC拡張ボードで試す Linux上から大容量SATAストレージにダイレクト・アクセス! [Altera社製デバイス活用編] デジカメとしてもフォトフレームとしても使える MAX10-FB基板対応拡張ボードで試すLCD&カメラ [本家お墨付きのCPUコア!] Linuxも起動できる本物MIPSコアの無償評価版が自由にFPGAに実装できる! MIPS本家から登場 FPGA実装向けコア“MIPSfpga”を動かす コラム [参加型のFPGA勉強会] FPGAコミュニティ探索記 FPGAディープラーニング実践懇親会 [いつでもどこでも読める] “PDF版”FPGAマガジンのご案内 読者プレゼント |
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