DWM-spartan3基板を使ってみる

• 概要
• SmartJTAG
  • 接続時のエラー
  • DWM基板に接続
  • デバイスを認識しない
  • デバイスの設定
• プログラムを書いてみよう
  • プロジェクトを作る
  • ソース記述
  • 入出力設定
  • FPGAに書き込む
  • コンフィグROMに書き込む
• MITOUJTAG
  • ロジックアナライザ
  • ピン状態の確認

概要

• DesignWaveMagagine2005年1月号には、XilinxのSpartan3の基板が付録に付いていた。
  
  • 欲しくて、近くの本屋を３軒ぐらいハシゴしたが、買えなかった。 。
    
• KKさんに１冊分けてもらった¹ので、早速動かしてみよう。
  
  

SmartJTAG

USBで使いたいということなので、 ナヒテックのSmartJTAGというのを使ってみることにした。

• ちょっと高いので躊躇していたが、 手軽に使えそうなので思い切って買ってみた。
  
• MITOUJTAGというツールに興味があったし→というより、 これを使ってみたかった。
  
  • 評価版なので、どれぐらい使えるかは未知数だけど。
    
    

接続時のエラー

• ドライバをインストールしてSmartJTAGを接続すると、 青いLEDが点灯してきれいだ。
  
• ヘッダピンだけ付けてMITOUJTAGを起動して、 Cable→ConnectでSmartJTAGを選択すると、Dialogが表示される。
  
  

          Nahitech SmartJTAG cable open successfully.
  

  
  
• とりあえず接続出来てるのかな？でも以下のエラーが出る。
  
  

          EZUSB-FX2:bulk IN failed
  

  
  
• ナヒテックの内藤さんに相談すると、すぐメールが来た。
  
  • USBマイコンが動作していないことが考えられる。
    
  • 電源の接続を誤ると、 電源が衝突してそのような現象が起こることがある
    
    
• でも外部電源は無いし、 まだ回路を繋いでいない旨を伝えると、またメールが来た。
  
  • OSはWindos2000か XPですか？
    
  • USBポートは USB2.0に対応していますか？
    
    
• それはもちろん大丈夫と思うけど。。 OSは、Windows2000SP4なのでOK。
  
• USBは２年ぐらい前に買ったPCなので、 当然USB2.0対応だろう。と思ってたけど。。。
  
  • 取説の山から、 PCの仕様を見つけ出した→USB1.1でした。。
    
    
• 早速、USB2.0のPCIボードを買って来た。 IO-DATAのUSB2-PCIL4。
  
  • Windows2000SP4以降ならドライバレス！ってことなので、 簡単に取付完了。
    
    
• 再挑戦すると、簡単に Connect出来た！
  
  • Cable-Optionで、LED TESTで３回LED点滅もOK。
    
    

思い込みで確認が足りなかったなぁ。。情けない。。。

DWM基板に接続

DWM基板に、SmartJTAGを接続する。

• 本来は、SmartJTAGは3.3V出力なのに対して、Spartan3は 2.5Vなのでレベル変換が必要になる。
  
• でもSmartJTAGの出力には 100Ωの抵抗が付いているので、3.3-2.5-0.5=0.3Vと²して約3mA、多分壊れはしないだろうということで、そのまま接続する。
  
• 電源には、SmartJTAGの3.3Vを使用する。
  
  

ということで、以下のように配線した。

• SmartJTAGのTCK,TDI,TMS,TDOを DWM基板の同端子に接続
  
• SmartJTAGのVccをDWM基板の 3.3Vに接続
  
• DWM基板の2.5VをSmartJTAGの Vrefに接続
  
• DWM基板にはXCF01Sを取付け、 JP3を切断
  

デバイスを認識しない

早速、JTAG接続してみよう。

• Chain→Detectで何故かエラー。以下の内容のDialogが順に表示された。
  

          Device index file format is obsolete.[@MANUFACTURE ARM]
  
          Error: Device list file is not found
  
          warning:device 'unknown' not found in device database
  
            :
  
          Some error has occured in initialization of device algorithm 'algxcfs'
  

• TDIとTDOの間に２つの灰色のデバイスが接続された図が現れたが、
  
  • いずれも、以下のような表示になっていてデバイスを認識しない。
    

          View: TOP VIEW
          Username:
          Partname: unknown
          Pkgtype:
          State: RUN (normal operation)
          Data reg: Bypass register
    

    
    
• また内藤さんから、やり方を教えてもらう。
  
  • WebPack ISE等の開発ツールをインストール
    
  • Nahitech/mitoujtag/devicedbと txt,devindex.txtを削除。
    
  • MITOUJTAGを起動して、デバイスインデックスを作りなおす。
    
    

これは、 BSDLファイルというデバイスのピンやパッケージの情報のファイルを読み込む必要がある為らしい。

• WebPack6.2iは、インストール済みだったけど、デバイスインデックスを作った覚えが無い。
  
• 念のため、6.2iをアンインストールして、最新の7.1iをインストールし直した。
  
• デバイスインデックスを作りなおすと、今度は簡単にChain→Detect出来た。
  
  

• 何故、インデックスが出来てなかったのかな。
  
  • WebPack が古かったから？
    
  • かなり前のバージョンの MITOUJTAGをインストールしたことがあったから³かな？
    
  • もしかすると、操作ミスしたかなぁ。まぁ出来たから良いか。。
    
    

デバイスの設定

Chain→ Detectした状態だと、デバイスは完全には設定されていない。

• MITOUJTAGは、 JTAGのIDCODEによりPartNameは表示する。
  
  • でもIDCODEだけでは、 パッケージの指定等は無理なので、デバイスの上で右クリックして、Change device で、正しいデバイスを選択する。
    
    
• とりあえず、xcf01s_vo20 と XC3S50_VQ100 を選択する。
  
  

プログラムを書いてみよう

DWM基板上には、赤と緑のチップLEDが実装済みだ。

• さらにタクトスイッチを付ける為のパターンもある。
  
  

タクトスイッチで、LEDを点灯させてみよう。

• WebPackの操作方法については、トラ技2003年5月号の３章「スイッチ ONでLEDが点灯する回路を動作させてみよう！」を参考にすると良い。
  
  

プロジェクトを作る

• まず、File→NewProjectで、新規プロジェクトを作成。とりあえず dwm0501とする。
  
  • Device Family → Spartan3
    
  • Device → xc3s50
    
  • Package → vq100
    
  • Speed Grade → -4
    
    
  • Top-Level Module Type → HDL
    
  • Synthesys Tool → XST(VHDL/Verilog)
    
  • Simulator → Modelsim
    
  • Generated Simulation Language → VHDL
    
    
• VHDL Module を作成。 とりあえず dwm0501.vhdにする。
  
• 回路モジュールの名前（とりあえず dwm0501）と、入出力の設定。
  
  • SWIN input
    
  • LED_G output
    
  • LED_R output
    
    

ソース記述

• これで、 スケルトンが出来る
  

          library IEEE;
          use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
          use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
          use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
  
          ---- Uncomment the following library declaration if instantiating
          ---- any Xilinx primitives in this code.
          --library UNISIM;
          --use UNISIM.VComponents.all;
  
          entity dwm0501 is
              Port ( LED_G : out std_logic;
                     LED_R : out std_logic;
                     SWIN : in std_logic);
          end dwm0501;
  
          architecture Behavioral of dwm0501 is
  
          begin
  
                   LED_R <= SWIN;         → 追加したのは
                   LED_G <= not SWIN;     → この２行分だけ
  
          end Behavioral;
  

  
  
• クロックも無いことだし、 そのまま非同期で出力する
  
• Synthesizeをダブルクリックして、 論理合成
  
  

入出力設定

• Sources in Projectのウィンドウを右クリックして、New Source
  
  • Implementation Constraints File で、UCFファイルを作成。 とりあえず、dwm0501.ucfとする。
    
  • これで、UCFファイルがプロジェクトの追加される。
    
    
• UCFファイルをダブルクリックして編集する。
  
  • 実際にどのピンに接続されるか指定する。
    
    

• entity記述にあっても、実際に配線されていないと、この時点で表示されないようだ。
  
• これでUCFファイルが生成される。
  

          NET "LED_G"  LOC = "P47"  ;
          NET "LED_R"  LOC = "P49"  ;
          NET "SWIN"  LOC = "P50"  ;
  

  
  
• これは、直接エディタで作っても良いだろう。
  
  

FPGAに書き込む

書き込みのための、bitファイルを作成する。MITOUJTAGで書き込むので MSKファイルは作らなくても良いかも。。

• Generate Programing Fileのプロパティで、
  
  • StartupOptionタブのFPGA StartupClockをJTAGにしておく。
    
  • Readback OptionタブのCreate ReadBack Data Filesをチェックすると、 Create Mask Fileが有効になるのでチェックしておく。
    
• Generate Programing Fileをダブルクリックして、bitファイルを生成する。
  
  

ここで、MITOUJTAGを起動、

• Chain→Detect、右クリックChange deviceでデバイス設定を済ましておく。
  
  • XC3S50 を右クリック
    
  • Program→Writeで、Design Fileに bitファイルを指定
    
  • OKボタンで書き込み開始。
    
    

コンフィグROMに書き込む

コンフィグROMに書き込むために、普通はMCSファイルを作成する。 でも、MITOUJTAGで書き込むので、bitファイルを作れば良い。

FPGA StartupClockをCCLKにする以外は、FPGAと全く同じ手順になる。

• Generate Programing Fileのプロパティで、
  
  • StartupOptionタブのFPGA StartupClockをCCLKにしておく。
    
  • Readback OptionタブのCreate ReadBack Data Filesをチェックすると、 Create Mask Fileが有効になるのでチェックしておく。
    
• Generate Programing Fileをダブルクリックして、bitファイルを生成する。
  
  

ここで、MITOUJTAGを起動、

• Chain→Detect、右クリックChange deviceでデバイス設定を済ましておく。
  
  • XCF01S を右クリック
    
  • Program→Writeで、Design Fileに bitファイルを指定
    
  • OKボタンで書き込み開始。
    
    
• うーん、簡単だ。MCSファイルを作らなくて良いのが、楽だよね。
  
  

MITOUJTAG

MITOUJTAGは、FPGAの書き込み器として便利に使えることが分かったが、 本来の機能はこれだけじゃない。

• 今回、評価版のMITOUJTAGで、 どんなことが出来るかやってみた。
  
  

ロジックアナライザ

• MITOUJTAGでは、 バウンダリスキャンレジスタを利用して、端子の状態をロジックアナライザのように表示出来る。
  
• それも、FPGAに特別の回路を入れる必要も無く、全端子を見ることが出来る！
  
  

• 上の図は手でスイッチをON/OFFしたもの。
  
  • スキャン速くないけど、この機能は FPGAに何も回路を入れなくても使えるところが凄い。
    
    

ピン状態の確認

• MITOUJTAGでは、 バウンダリスキャンで、ピン状態をリアルタイムで確認出来る。
  
  

• それだけじゃなく、
  
  • 内部状態に関係なく、出力を設定出来る。
    
  • 外の配線と切り離して内部に信号を直接入れる。 →これは凄いよね
    
    

これもスピード的には速くないが、 デバッグ用に配線することを考えると夢のような機能だ。

• うーん、 これは予想以上に使えそうな感じだ
  
• まだまだ機能がありそうだけど、 とりあえずDWM基板を使えるようにするのが目的なので、MITOUJTAGについてはココまでにしておく。