ハードウェア記述言語とFPGA
担当者小川 充洋教員紹介
学年・開講期3年次 後期  [理工学部 情報電子工学科]
科目の種類専門
区分・単位選択 1単位
科目ナンバー3E329

授業の概要(ねらい)

近年の FPGA (Field Programmable Gate Array) の発展は著しく、ASICに替わるセミカスタム集積回路として、幅広く採用されています。このことから、ハードウェア記述言語 (HDL: Hardware Description Language) の理解の重要性は増しています。本授業では、FPGAとハードウェア記述言語によってカスタム論理デバイスを実現するための各種技術について、基礎から学びます。
この授業は主に講義形式ですが、第2,4,6回においては、ハードウェア記述言語実装に関するアクティブラーニングを行います。
この科目は、DP4Eに関連します。
本科目は、実務経験のある教員による授業です。担当教員は企業においてFPGAを用いたシステムの開発研究業務に携わっており、授業では、企業における実例や実体験、現場での課題などを題材とした議論等を行います。

授業の到達目標

実際に、自身でセミカスタム論理デバイスを実装することにより、FPGAとハードウェア記述言語を用いた開発の工程を理解できるようになることを目標とします。ハードウェア記述言語としては、Verilog HDL を取り扱います。

成績評価の方法および基準

授業中に小テストと、学期末にレポート(1通)を課します。評価の割合は、小テスト30%, レポート70%とします。小テストは、講義期間中に講評を行います。学期末レポートは、LMSを通じて講評を行います。

教科書・参考文献

種別書名著者・編者発行所
教科書教材はLMSにて配布します。
参考文献参考書としては、以下を推薦しますが、入手は必須ではありません。
参考文献FPGAプログラミング大全 Xilinx編 第2版
小林 優 著秀和システム刊, ISBN: 978-4798063263
参考文献回路図で学べるFPGA入門 回路図は読める人のためのHDLガイドすすたわり 著 秀和システム刊, ISBN: 978-4798045894
参考文献 FPGA ボードで学ぶ組込みシステム開発入門 Xilinx編小林 優 著秀和システム刊, ISBN-: 978-4774156514
参考文献Programming FPGAs: Getting Started with Verilog (英語)Simon Monk 著McGraw-Hill Education TAB, ISBN: 978-1259643767 (Kindle版あり)

準備学修の内容

準備学修においては、予習として各授業回で指示するwebページを読んで(30分)おいてください。また、復習のためには、授業中に配布したプリントの課題を行ってください(60分)。

その他履修上の注意事項

FPGAプログラミングにおいては、電子的な記録を作っていただきますので、各自、バックアップのためのメディアを用意してください。USBメモリやポータブルハードディスクが望ましいです。

授業内容

【第1回】
ガイダンス。授業の進行。FPGA, HDL技術の現状についての解説。
【第2回】
FPGA開発工程実習。実際に、自習用教材FPGAボードと、開発環境の使用法を学びます。
【第3回】
HDL基礎(1)。組み合わせ論理回路の Verilog HDL での記述法について学びます。
【第4回】
組み合わせ論理回路実装実習。組み合わせ論理回路を、FPGAボードに実装します。
【第5回】
HDL基礎(2)。順序回路の Verilog HDL での記述法について学びます。
【第6回】
順序回路実装実習。順序回路を、FPGAボードに実装します。
【第7回】
IPコア (intellectual property core)解説。FPGAの世界では、有用な回路ブロックを共有する仕組みがあり、設計やデバッグを容易にしています。この回路ブロックをIP コアと呼びますが、本授業回では、IPコアについて概説します。
【第8回】
授業のまとめと学期末レポート執筆に関する解説・指導を行います。