Spartan6を使ってみた

Index

• 概要
• さっそく使ってみよう
  • ISEインストール
  • パッチをあてる
  • デバイスドライバのインストール
  • ModelSimが使えない？
  • プロジェクトの作成
  • ボードのピン配置の確認
  • Verilogの記述
  • bitファイルを作る
  • FPGAに書込み
  • フラッシュROMに書込み
  • フラッシュROMからの起動を速くする
  • Spartan6評価ボードが認識されない
  • 誤った設定を書き込んだ場合の対処法
• インターフェース
  • LED
  • Pushボタン
  • クロック
  • CN2端子割当て
  • CN1端子割当て

概要

• 最近、Spartan3スターターキットを使って、Verilogを弄ることが多いんだけど、
• 入り切らなくなってきた。入れるために回路を削ったりしてたんだけど、だんだん面倒になってきた。
• もっと、大きな規模のFPGAが欲しいんだけど、なかなか良い物がない。
• Xilinxのキットもあるけど、高いし、何よりいろいろ部品が載りすぎて、大き過ぎる。
• ちいさな物はないかな〜と思い始めた。条件としては、
• 最低限、大容量のRAMが欲しい
• PCとの通信ポートも欲しいし、
• I/Oポートは、普通のヘッダピンが良い
• 探してみると、 特電のSpartan-6_FPGA評価ボードが小さいし、なんか良さそう。
• 但し、SDRAMなので、SRAMほど気楽に使えなさそう。SDRAMは多少コントロールが必要そうなので、面倒かも
• EzUSBなので、今までのCOMポートコントロールソフトが使えないかも。
• いろいろ不安はあるのだけど、他に良いものが無いので、買ってみることにした。
• TKDN-SP6-16 と、TKDN-SP6-45 の２種類があるけど、とりあえず容量が約３倍という45の方にしてみた。

さっそく使ってみよう

• 小さいとは思っていたけど、思っていた以上にやっぱり小さい。
• 秋月のCタイプと同じかも、と思ったけど、それよりはちょっと大きい。

• 初め、上側にヘッダを立てて、Cタイプ基板を載せようと思っていたんだけど、
• 下側にヘッダを立てて、下においた基板に、この評価ボードを載せるようにした方が良さそうだ。

ISEインストール

• 今まで使っていた、Xilinxの開発環境ISEは10.1だったけど、これはSpartan6に対応していない様なので、
• 最新のISE12.2をインストールしてみることにした。

• XilinxのダウンロードページからISE12.2をダウンロードして、インストール。
• ライセンスファイルが必要みたいなので、Xilinx License Configuration Managerから、何度かライセンスファイルの取得を試みたんだけど、うまく行かない。
• 結局、ダウンロードページの ライセンスファイルの取得のリンクから、やったりして出来た。
• というか、いろいろやってるうちに出来たので、どうやったら出来たのか正確には良く分らないんだけど。。

• ISE12.2を起動する。
• ライセンスファイルが設定されていない場合は、Xilinx License Configuration Managerが立ち上がるので、
• manage Xilinx LicensesタブのXILINXD_LICENSE_FILEのテキストボックスにライセンスファイルを記述して、Setすれば良い。

パッチをあてる

• 12.2はパッチをあてないとダメらしい。

Virtex-6 または Spartan-6 をターゲットとしている場合は、スピードファイルのパッチを必ずインストールしてください。
このパッチを適用するには、ISE Design Suite 12.2 のインストール後、スピードファイルのパッチをダウンロードし、
ISE Design Suite ツールと同じ場所に解凍します。

• 意味分りにくい。結局、ISEというディレクトリに上書きすれば良いみたい。

デバイスドライバのインストール

• この評価ボードは、EzUSB経由で書き込むので、EzUSBのドライバのインストールが必要。
• 特電のデバイスドライバのインストール方法を見ながら、
• ダウンロードページの、デバイスドライバとファームウェアをインストールしておく。

• あと、bitファイルを書き込むためのプログラム sp6jtag を、やはり ダウンロードページから
• ダウンロードして、適当なディレクトリに保存しておく。

ModelSimが使えない？

• 今まで、WebPackのシュミレータと言えば、ModelSimのXilinxエディション（MXE）だったんだけど、
• 使えなくなるらしい。。これからは、XilinxのISE Simulatorを使えと言うことらしい。

• ModelSim XEの、ISE12.1用は、まだあるみたいなので、 ここからダウンロードしてみる。
• とりあえず、現時点の最終バージョンのModelSim XE III 6.5cは使えるようになった。

• ライセンス発行も、101210までらしい。
• これからは、ISimが標準ということらしいので、そっちの使い方を覚えた方が良いんだろうなぁ。。

プロジェクトの作成

• ISE12.2を起動する
• New Project...ボタンを押して、プロジェクト名をセット。
• ProjectSettingsで、デバイスとかセットする。
• Family Spartan6
• Device XC6SLX45
• Package CSG324
• Speed -3
• Synthesis Tool XST(VHDL/Verilog)
• Simulator Modelsim-SE Mixed
• Preferred Language Verilog
• Property Specification in Project File Store all values
• Nextボタンで、内容を確認してFinishで終わり。
• 空っぽの新規プロジェクトが出来る。

ボードのピン配置の確認

• 評価ボードと同梱の回路図を見ると、
• 50MHzの水晶発振器出力 →D11
• プッシュスイッチ →D6
• LED0 →F13
• LED1 →C11
• LED2 →C9
• LED3 →A9
• LED4 →B9
• LED5 →A8
• LED6 →B8
• LED7 →A7

• User Constraints→I/O Pin Planning - Pre-Synthesisで、ピンを設定してみた。
• 物凄く使いにくい。。これなら、直接UCFファイルを手書きした方が、全然簡単だ。

• 良く見ると、 特電のダウンロードページに、UCFファイルがある。
• 上記以外のSDRAMとかの接続も、ちゃんと書いてある。これをそのまま使えばいいや。

  NET "pushsw_ip"  LOC = "D6";
  NET "led_op<0>"  LOC = "F13";
  NET "led_op<1>"  LOC = "C11";
  NET "led_op<2>"  LOC = "C9";
  NET "led_op<3>"  LOC = "A9";
  NET "led_op<4>"  LOC = "B9";
  NET "led_op<5>"  LOC = "A8";
  NET "led_op<6>"  LOC = "B8";
  NET "led_op<7>"  LOC = "A7";
  

• プッシュボタンとLEDだけ切り取って、UCFファイルを作る。
• ピン名は、これに合わせることにする。

Verilogの記述

• プロジェクトのDesignパネルを右クリックして、New Source...を選択。
• Verlog Moduleを選択、Verilogファイル名を記述

        module night(
            input pushsw_ip,
            output [7:0] led_op
            );

                assign led_op = {7'b0000000,pushsw_ip};

        endmodule

bitファイルを作る

• Generate Programming Fileをダブルクリックして、Verilogをコンパイルする。
• Synthesizeで、Verilogをコンパイルして、
• Implement Designで、FPGAにマッピングされる
• これでErrorがなければ、bitファイルが生成される。

• 普通のJTAGケーブルを使う場合は、iMPACTを起動して書き込むが、
• この評価ボードの場合は、EzUSB経由で書き込むので、bitファイルを作るところまで。

FPGAに書込み

• sp6jtagをインストールしたディレクトリで、

        sp6jtag -detect                         →デバイスの検出

        sptjtag -auto ビットファイル名          →書込み

• プッシュボタンを押すと、LEDが点灯されればＯＫ！

フラッシュROMに書込み

• SPI経由で、フラッシュROMに書込むことも出来る

        sptjtag -spi -auto ビットファイル名

• でもエラーが出た。

        SPI書き込み一時ファイル spi_xc6slx45.bit が見つかりません

• うーん。指定したビットファイル名と違う。何でだろう。
• これは、SPI書込み用のプログラム名らしい。
• spiオプションを付けると、まずSPI通信するための回路をFPGAに読み込み、
• これを使って、SPI経由でフラッシュROMにデータを書き込むようになっているらしい。

• これは、特電のJTAGひろばで確認したら、spi_xc6slx45.bitファイルが抜けていたらしい。
• ダウンロードページの最新のドライバとファームウェアには、ちゃんと入っている。

• 最新のドライバ・ファームウェアをダウンロードして、OK！

フラッシュROMからの起動を速くする

• SPI経由で起動する場合、ROMを読み込むのに５秒ぐらい時間が掛かる。
• 16に比べて、45は容量が大きい分、起動に時間が掛かるらしい。
• それなら、16の方が良かったかな〜と思っていたら、特電の内藤さんがコンフィグレーションを速くする方法を教えてくれた。
• Generate Programming Fileの、Process Propertiesを開いて、
• Configuration Optionsを選択、Configuration Rateを最大（26）にする
• Unused ICB Pinsを、Pull Upにしておく

• SPIのクロックが、2→26になるので10倍以上速くなる。
• 起動は0.5秒も掛からないので、十分だ。

Spartan6評価ボードが認識されない

• で、久々に使ってみようと、USBケーブルでPCに繋いでみました。
• ところが、全く認識されなくなってしまった。
• SW2のPROGボタンを押すと、PC本体が再起動してしまった。
• 初めは、たまたま落ちたのかと思ったけど、３回再起動したので再現性がある
• USBハブ経由で接続に変えたら、再起動はしなくなった。

• USBケーブルの先がどうであろうと、再起動するのはちょっと困る。
• Ez-USBのデバイスドライバの問題かなぁ。まぁこれはWindowsXPの問題と言った方が良いか。

• SW2を押すと、ポピと鳴って、離すとピポと鳴る。それでデバイスマネージャで見ると、
• SW２を押している時だけ、「特殊電子回路Spartan-6評価ボード」が認識される。

• 特電のJTAGひろばで確認したら、未使用ピンがPull-Downに設定されていると、
• Spartan6ボード上の、Ez-USBチップがリセットされたままになってしまって、USB接続できない状態になるらしい。

• 以前、Unused ICB Pinsの設定はPull Upにしたはずなんだけど、
• いろいろ設定を変えて試したような気もする。ちょっと前だから、全然覚えて無いんだけど。。
• まぁ自分のことだから¹、たぶん試しにPull Down設定しちゃったんだろうな〜。

• USB接続出来ないんだから、USBチップとの接続は最初に疑うべきところなんだけど、
• 以前動いていたという思い込みがあったので、あまり考えていなかった。.

誤った設定を書き込んだ場合の対処法

• 未使用ピンをPull-Downnに設定して、SPI-ROMに書き込んでしまった場合の対処法も教えて頂いた。

• その後、 「オンボードUSB-JTAGツール for Windows」を使ってSPI書き換えモードにし、SPI ROMを消去する

• 「オンボードUSB-JTAGツール for Windows」を使ってSPI書き換えモードにし、SPI ROMを消去する

• ②はタイミング的に難しそうと思ったんだけど、以下のようにしたらうまく行った。
• 「SP6JTAG for Windows」を起動する。最初は、ボードが認識できないので？になっている。
• PROGボタンを押し続けながら、Connectすると、ボードの写真が表示される。
• PROGボタンは離さずに、Programming targetをSPI ROMに変更する。
• まだPROGボタンを離さず、Progressバーが表示され終わって、SPI-ROMコマンドが使えるようになるまで待つ
• Progボタンを離したら、素早くERASEボタンを押す。これでSPI-ROMが消去される。

• あとは、Unused ICB Pinsの設定がPull-Upになっていることを確認して、書き直したら問題なしでした。

インターフェース

• TKDN-SP6-16,TKDN-SP6-45ボードのインターフェース
• 特電のボード概要

LED

Pushボタン

クロック

CN2端子割当て

CN1端子割当て