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FPGA拡張基板 FPGA_BASE

FPGA, プロジェクト

FPGA48

SPARTAN3Eボードと改良されたマルツパーツ製Cycloneボードをターゲットにして、拡張プリント基板を作ることにした。
ユニバーサル拡張基板に比べて次ぎのような機能を追加した。

 

  1. USB<->シリアル 変換 IC FT2232D を搭載
    専用コンフィグレーション・ケーブルを使用せずに、拡張ボードからFPGAチップの書き込みができるはずである。また、RS232Cの通信をUSBを介して行えるようになっている。
  2. LED×２に替わって表面実装 フルカラーLEDを搭載
    R,G,Bの信号を3つ使用しますが、簡易にFPGAのテストができる。
  3. Vportコネクタ×2 装備
    汎用のVportコネクタ(10ピン)を用意し、Vportに対応した機器を接続できるようにした。
  4. 電源供給をUSBからとし、ボード上に5V->3.3V変換3端子レギュレータを搭載
    電源の接続が簡易になり、FPGAボード上で3.3Vを発生する必要がなく、拡張ボード上の部品にも直接3.3Vを供給できるようになっている。

回路設計には EAGLE のフリー版で作成したので、利用できる最大値の80mm×100mmの2層基板として設計した。

回路図をpdf で示します。fpga_base.pdf　　　circuit1

FPGAプロジェクト始動

FPGA, プロジェクト

FPGA

CQ出版 2003年10月号デザインウェーブマガジン(Photo1)の付録であった、ALTERA Cyclone FPGAボード(Photo2)を、なんとかして動かしてみたいと考えプロジェクトを開始した。
このボードに搭載されていたCycloneチップは、ECP1C3T100
当時しては、LE数が3,000近くの高密度ロジックを持つ高機能なチップです。これが定価1,980円の雑誌の付録につくとは画期的なことだと思いました。

Photo1

この2年後の2005年には、1chipMSX(Cyclone EP1C12Q240C8 LE数:12,060搭載)も登場し、このレベル(雑誌付録のFPGAの4倍程度)のFPGAチップがあればMSX2レベル(CPU:Z80,VDP:V9938)のパソコンを作り上げることができるのです!!
その後FPGAの活用がホビーレベルでも大きく広がると思ったのですが…それから10年が経ち、電子機器に大きく活用されているのに対してホビー用途は、まだまだ弱い感じです。
オリジナルのFPGAシステムを構築して、内部理解が分かりやすく高機能なオリジナルCPUを作成することを目標にプロジェクトを進めていきます。

 

コミックマーケット88に参加しました

CPU

2015年8月16日 東京ビッグサイトで開催されたコミックマーケット88に参加しました。(C88 day3 東o-11b) コミックマーケット88 ZOB Clubでは以下の展示を行いました。

  • 自作4BIT CPU (ブレッドボード上で動作)
  • Z80 CPU+PIO (ブレッドボード上で動作)

どちらも単3乾電池2本で動かすという無茶な状況でしたが、猛烈な暑さにもかかわらず丸一日正常動作しました。人間の方は正常とは言い難かったですが……

自作4BIT CPU

自作4BIT CPU 渡波郁氏の著作『CPUの創りかた』で製作しているCPUをブレッドボード上で実現したものです。ですから「自作」と言い切るのは少々語弊がある訳ですが、そこはご容赦ください。 プリント基板を使わず、ブレッドボードの狭い面積に整然とチップを配置&配線するにはかなりの試行錯誤がありました。見に来ていただいた皆様にどこまで伝わったかはわかりませんが…… なお、CPUそのものは正常動作するのですが、いかんせんプログラムサイズが最大16バイトなので、見栄えのするデモは出来ません。当日は4個のLEDでカウントアップ&カウントダウンするソフトを動かしていました。 今回の経験を踏まえて、ZOB Clubでは完全自作の4BIT CPUを開発しようと計画中です。それもFPGAなどを使わず、すべて汎用ロジックICで。 続報をお待ちください。

Z80 CPU+PIO

20150816_081104 (Z80) こちらはブレッドボードによるデジタル高周波回路へのチャレンジです。 今回使用しているCPUは、ジャンクのSHARP X1から取り外した物で、動作周波数は2.5MHzです。これをそのままブレッドボード上で動作させています。 ただ単にZ80を動作させるだけなら、クロックを低くすればブレッドボード上でも容易に動作可能です。しかし2.5MHzは無謀ともいえる高さです。今回はノイズ抑制用のコンデンサを適切に配置することで2.5MHzを実現しています。 また今回は同じくSHARP X1から取り外したZ80 PIOも動作させ、CPUからの制御でLEDを点灯させています。(写真左上に繋がっている別基板) Z80 CPUもPIOも消費電力が大きなnMOSのため、AC電源を確保できないコミケでのデモンストレーションには難がありましたが、やはり現物を動作させることが重要ですので、単3乾電池2本を5Vに昇圧して動作させました。いつ電池切れになるかハラハラしながらのデモンストレーションでしたが、意外なことに丸一日持ちました。さすがに最後はギリギリ電池切れ寸前でしたが。

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