FPGA 外部のメモリをアバロン・MM・インタフェースへ接続する方法

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くうしょうすえがら
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1 ver 年 3 月 1. はじめに Nios II 開発ボードに実装されているメモリ用のコンポーネントは SOPC Builder の中にあらかじめ用意されていますしかし実際に基板を作成した場合には Nios II 開発ボードに実装されているメモリと同じ仕様の製品でない限り SOPC Builder であらかじめ用意されたメモリ用のコンポーネントを使用することはできませんこの場合新たに使うメモリ用のコンポーネントを作成する必要がありますこの資料では Nios II システムをはじめとするアバロン MM( メモリマップド ) インタフェース (SOPC Builder によって生成されるアルテラオリジナルのバス ) のシステムへ FPGA 外部の汎用メモリを接続する方法の一例を示しますメモリ用のコンポーネントを作成する際に Component Editor という機能を使用します Component Editor の詳細はアルテラ社の資料 Quartus II Handbook Volume 4 : SOPC Builder の chapter 6 Component Editor をご覧ください資料 URL : この資料は Quartus II 8.1 Nios II 8.1 に対応しています 2. 概要 SOPC Builder に登録されていない新たなコンポーネントを作成する場合 Component Editor というウィザードを使用しますこの Component Editor を用いることで下記のコンポーネント化が行えます a) 新たに追加したいハードウェアのファイル (VHDL Verilog-HDL) のコンポーネント化 b) 新たに追加したいハードウェアとの接続部分のみのコンポーネント化この資料では新たにシステムへ追加したいハードウェアを FPGA の外部メモリと想定していますのでメモリとの接続部分のハードウェアのみのコンポーネント化を行いますアバロンインターコネクトファブリックはリード用とライト用でデータバスが独立していますが FPGA の外部メモリは通常リード用とライト用でデータバスが共通ですしたがってアバロン MM インタフェースと FPGA の外部メモリのバスを接続するためにはトライステートの機能を設け双方向ポートを用意する必要があります SOPC Builder 内のコンポーネントとして提供されている Avalon Tri-State Bridge ( アバロントライステートブリッジ ) を使用することでトライステートの機能を設けますこの資料で紹介する例では外部に接続するメモリを SRAM とし想定しているポートを以下に示します表 1 のポート名はアバロンインターコネクトファブリックとメモリの接続部分のポートに定義した名前です表 1 ポート仕様ポート名役割ビット幅メモリから見た方向 ext_address アドレス 18 入力 ext_data データ 32 双方向 sram_cs_n チップセレクト 1 入力 sram_we_n ライトイネーブル 1 入力 sram_oe_n アウトプットイネーブル 1 入力 sram_be_n バイトイネーブル 4 入力 Page 1 of 10 Altima Corporation

3. 操作方法 3-1. コンポーネントの作成 (Component Editor の設定 ) 1.

File メニューから New Component もしくは New ボタンをクリックすると

2 3. 操作方法 3-1. コンポーネントの作成 (Component Editor の設定 ) 1. SOPC Builder を開きます (Quartus II の Tools メニュー > SOPC Builder またはボタンをクリック ) 2. SOPC システムの名前をタイプし生成させる言語を選択します 3. File メニューから New Component もしくは New ボタンをクリックすると Component Editor ウィンドウが表示されます 4. Signals タブを選択し Add Signal ボタンをクリックします ver 年 3 月 Page 2 of 10 Altima Corporation

5. 表 1 で示したポートを順番に設定していきますまずアドレスポート (ext_address) の設定をします Name 欄にポート名 ext_address をタイプします Interface 欄はプルダウンメニューより new_avalon_memory_mapped_tristate_slave を選択します Interface 欄に

ポート名を入力このポートと接続されるインタフェースの規格を選択 ( アバロン MM インタフェースのマスタスレーブアバロントライステートブリッジもしくはグローバル信号など ) Signal Type Width Direction Interface で選択した規格に定義されている中のどのポートと接続するのかを選択このポートの幅を定義

3 5. 表 1 で示したポートを順番に設定していきますまずアドレスポート (ext_address) の設定をします Name 欄にポート名 ext_address をタイプします Interface 欄はプルダウンメニューより new_avalon_memory_mapped_tristate_slave を選択します Interface 欄に avalon_tristate_slave が表示されます Signal Type はプルダウンメニューより address を選択します Width 欄には 18 を入力します Direction は input を選択します Signals タブで用意されている入力項目の説明を表 2 よりご確認ください表 2 入力欄の説明入力欄説明 Name Interface ポート名を入力このポートと接続されるインタフェースの規格を選択 ( アバロン MM インタフェースのマスタスレーブアバロントライステートブリッジもしくはグローバル信号など ) Signal Type Width Direction Interface で選択した規格に定義されている中のどのポートと接続するのかを選択このポートの幅を定義追加するメモリやハードウェア側から見たポートの向きを定義 6. 残りのポートも 5 と同じ手順で追加しますデータポート (ext_data) の Direction の設定は bidir になりますのでご注意ください表 1(1 ページ ) 通りにポートを追加すると以下のようになります表 1 の設定ポートに加えて Clock を入力します ver 年 3 月 Page 3 of 10 Altima Corporation

7. Interfaces タブを選択し Name 欄はアバロントライステートスレーブの名前を定義します Type 欄は Avalon _Memory_Mapped_Tristate _Slave を選択します Associate Clock 欄はインタフェースに入力するクロックを選択します 8.

入力された周波数に依存した時間のサイクル数になります 50 MHz のクロックを入力している場合 1 ns と設定していても実際のシフトは 20 ns となります Show deprecated parameters にチェックを入れ Deprecated の設定を表示させます Deprecated の Memory device にチェックを入れます Signals

4 7. Interfaces タブを選択し Name 欄はアバロントライステートスレーブの名前を定義します Type 欄は Avalon _Memory_Mapped_Tristate _Slave を選択します Associate Clock 欄はインタフェースに入力するクロックを選択します 8. Timing で各メモリが要求する Setup Read Wait Write Wait Hold の時間を調節します Unit で設定するタイミングの単位として Cycles ns のどちらかを選択します Units を ns として 1 ns 等細かい単位でタイミングの入力することが可能ですが実際にシフトできるタイミングの最小単位は入力された周波数に依存した時間のサイクル数になります 50 MHz のクロックを入力している場合 1 ns と設定していても実際のシフトは 20 ns となります Show deprecated parameters にチェックを入れ Deprecated の設定を表示させます Deprecated の Memory device にチェックを入れます Signals タブで信号を定義する際に Interface 欄へ誤って使用しないインタフェースを選択してしまった場合にはこの Interface タブにその未使用のインタフェースが表示されます Interface タブに未使用のインタフェースが表示されてしまっている場合には Remove Interface with No Signals ボタンをクリックすると未使用のインタフェースの表示が削除されます ver 年 3 月 Page 4 of 10 Altima Corporation

システムに追加されたとき使用される名前 HDL ファイルへの記述にはこの名前が使用されますペリフェラル一覧の中の作成したコンポーネントを追加するグループを選択します User_logic

5 9. Component Wizard タブを選択し Class Name Display Name にコンポーネント名 Component Group にグループ名を入力しますここで登録したグループ名コンポーネント名で SOPC Builder 上の System Contents タブに追加されます Class Name : System Contents タブの左枠のペリフェラル一覧に表示される名前 Display Name : システムに追加されたとき使用される名前 HDL ファイルへの記述にはこの名前が使用されますペリフェラル一覧の中の作成したコンポーネントを追加するグループを選択します User_logic のように任意のグループ名を入力すると新しいグループが作成されます 10. Component Wizard の Finish ボタンをクリックすると Save Change のウィンドウが表示されますので Yes, Save をクリックします ver 年 3 月 Page 5 of 10 Altima Corporation

新たに作成したメモリインタフェースのコンポーネントを SOPC Builder のシステムへ追加します 2.

6 11. SOPC Builder の System Contents タブに 9 項で入力した名前のグループ内に作成したメモリインタフェースのコンポーネントが登録されます 3-2. コンポーネントを SOPC Builder システムに追加 ( ここでは Nios II のマスタコンポーネントがあらかじめ用意されていることを想定しています ) 1. 新たに作成したメモリインタフェースのコンポーネントを SOPC Builder のシステムへ追加します 2. System Contents タブの Bridges and Adapters グループの Memory Mapped カテゴリより Avalon-MM Tristate Bridge を選択し Add ボタンをクリックします ver 年 3 月 Page 6 of 10 Altima Corporation

3. Avalon-MM Tristate Bridge ウィンドウで Registered へチェックを入れ

Nios II のコンポーネントのウィザードを開くと Reset Vector の項目と Exception

7 3. Avalon-MM Tristate Bridge ウィンドウで Registered へチェックを入れ Finish ボタンをクリックします 4. Avalon Tri-State Bridge のマスタと追加したメモリインタフェースのコンポーネントを接続します 5. Nios II のコンポーネントのウィザードを開くと Reset Vector の項目と Exception Vector の項目がありシステムへ追加したメモリインタフェースのコンポーネントが選択できるようになります追加したメモリインタフェースを選択し Finish ボタンをクリックしウィンドウを閉じます ver 年 3 月 Page 7 of 10 Altima Corporation

6. SOPC Builder 上の各コンポーネントのベースアドレスが他のコンポーネントと重なっていれば重ならないようにアドレスを配置してください 7. システムの設定が完了したら SOPC Builder の Generate ボタンをクリックしシステム生成します 3-3.

Quartus II でコンパイルを行いメモリとのインタフェースが可能なハードウェア ( コンフィギュレーションデータ ) を生成します生成されたポートとトップデザインのポートを接続しますこの際追加した外部メモリ接続用のロジックから出力されるアドレス線が指定したアドレス線の本数より 2

8 6. SOPC Builder 上の各コンポーネントのベースアドレスが他のコンポーネントと重なっていれば重ならないようにアドレスを配置してください 7. システムの設定が完了したら SOPC Builder の Generate ボタンをクリックしシステム生成します 3-3. Quartus II でハードウェアデザインを作成 1. SOPC Builder でシステムの生成が終了するとシンボル ( システムのトップデザインファイル ) にメモリ用に定義したポートが生成されているのが確認できます 2. Quartus II でコンパイルを行いメモリとのインタフェースが可能なハードウェア ( コンフィギュレーションデータ ) を生成します生成されたポートとトップデザインのポートを接続しますこの際追加した外部メモリ接続用のロジックから出力されるアドレス線が指定したアドレス線の本数より 2 本も多く出力されていますこれはアドレス線の byteenable として使用する下位 2 ビットのアドレス線が追加されているためです byteenable は別に用意していますのでこのアドレス線の下位 2 ビットは使用しません出力ピントとはアドレス線下位 2 ビットを省いた形で接続します ver 年 3 月 Page 8 of 10 Altima Corporation

3-4. Nios II IDE の設定 Nios II IDE でアプリケーションプログラムをビルドする際にプログラムメモリとしてシステムへ追加したメモリインタフェースのコンポーネントが選択できるようになります Nios II IDE の使用方法の詳細は Nios II

9 3-4. Nios II IDE の設定 Nios II IDE でアプリケーションプログラムをビルドする際にプログラムメモリとしてシステムへ追加したメモリインタフェースのコンポーネントが選択できるようになります Nios II IDE の使用方法の詳細は Nios II Integrated Development Environment ( をご確認ください ver 年 3 月 Page 9 of 10 Altima Corporation

10 弊社より資料を入手されましたお客様におかれましては下記の使用上の注意を一読いただいた上でご使用ください 1. 本資料は非売品です許可無く転売することや無断複製することを禁じます 2. 本資料は予告なく変更することがあります 3. 本資料の作成には万全を期していますが万一ご不明な点や誤り記載漏れなどお気づきの点がありましたら弊社までご一報いただければ幸いです 4. 本資料で取り扱っている回路技術プログラムに関して運用した結果の影響については責任を負いかねますのであらかじめご了承ください 5. 本資料は製品を利用する際の補助的な資料です製品をご使用になる場合は英語版の資料もあわせてご利用ください横浜本社横浜市港区新横浜マクニカ第二ビル TEL FAX 大阪営業所大阪市淀川区西中島アストロ新大阪第二ビル 7 階 TEL FAX 名古屋営業所名古屋市中区錦名古屋錦シティビル 7 階 TEL FAX 宇都宮営業所宇都宮市東宿郷センターズビル 7 階 TEL FAX ver 年 3 月 Page 10 of 10 Altima Corporation

Nios II Flash Programmer ユーザ・ガイド

Nios II Flash Programmer ユーザ・ガイド ver. 8.0 2009 年 4 月 1. はじめに本資料は Nios II 開発環境においてフラッシュメモリまたは EPCS へのプログラミングを行う際の参考マニュアルですこのマニュアルではフラッシュメモリの書き込みの際に最低限必要となる情報を提供しさらに詳しい情報はアルテラ社資料 Nios II Flash Programmer User Guide( ファイル名 :ug_nios2_flash_programmer.pdf)