Altera® FPGAの基本とスタートガイド
FPGA の基本
予備知識: 集積回路とロジックデザイン
集積回路 (IC) は、通常「チップ」と呼ばれます。これらはシリコン基板上に非常に小さな電子回路を実装したものです。CPU、GPU、および FPGA は、すべて IC です。ほとんどの IC は、ロジックデザインを実装しています。電気信号が IC に入り、電圧レベルに基づいて「0」または「1」として解釈されます。さまざまな信号を見て多くの値を収集するか、同じ信号を何度も見て、それがどう変化するかを確認することもできます。
ロジックデザインは、回路を設計して、それらの「0」と「1」の値に基づいて意思決定を行います。ロジックデザインは、論理ゲートで構成され、2 つ以上の異なる値を比較し、「両方の値は同じか？」または「両方の値は 1 に等しいか？」などの質問に答えます。さらに、「フリップフロップ」と呼ばれる構造が、これらの質問を時間内に配置します。最新の論理デザインには、数千兆もの論理ゲートがあります。
例えるなら、ピアノ曲を聴く時です。各カウントごとに、演者はどの音符を聞くかを決定します。それぞれの決定はシンプルですが、美しい曲には多くの決定と多くのスキルが必要です。1 つの IC 内のロジックデザインが良いものであれば、驚異的な解答を生み出すことができます。
FPGA とは？
FPGA は Field Programmable Gate Array の略で、半導体 IC であり、デバイス内の機能の大部分を変更できます。設計エンジニアによって、PCB 組立て処理中に、または製品が導入された後にも変更が可能です。
変更は、受け取る電気入力と出力、実装する論理ゲートとフリップフロップ、およびこれらのゲートの接続方法の変更によって生じます。
FPGA は、アダプティブ・ロジック・モジュール (ALM) として知られる構成可能なロジックのグリッドと、デジタル信号処理 (DSP) ブロックやランダム・アクセス・メモリー (RAM) ブロックなどの特殊なブロックによって構成されます。これらのプログラム可能なブロックは、構成可能なルーティング・インターコネクトを介して統合され、完全なデジタル回路を実装します。
FPGA を使用するのは誰ですか？
開発者
開発者は、さまざまなアプリケーション向けに、エレクトロニクス産業で FPGA を使用します。
研究者
研究者は、FPGA を使用してロジックデザインを調べ、困難な問題を解決して、新しいアルゴリズムを実装します。
学生
FPGA は何度もプログラムできるため、ロジックデザインを学ぶ理想的な方法です。
愛好家
学生と同様に、愛好家もロジックデザインを学びたいと考えており、FPGA はこれに最適です。
FPGA を使用する理由
FPGA を使用するメリットには次のようなものがあります。
柔軟性
FPGA の機能は、デバイスの電源を入れる度に変更できます。
アクセラレーション
製品の市場投入までの期間の短縮や、システム・パフォーマンスの向上に威力を発揮します。
システム統合
現在の FPGA には、オンダイ・プロセッサー、28 Gbps (またはそれ以上) のトランシーバー I/O、RAM ブロック、DSP エンジンなどが含まれています。
総保有コスト (TCO)
ASIC は、同等の FPGA よりもユニット当たりのコストが低いかもしれませんが、その構築には、開発費 (NRE)、高価なソフトウェア・ツール、専門設計チーム、および長期の製造サイクルが必要です。
FPGA の使用方法
デザイン方法 |
詳細 |
使用する主要なツール |
|---|---|---|
従来の FPGA デザイン |
この方法では、ハードウェア記述言語 (HDL) を使用してデザインを記述し、EDA (Electronic Design Automation) ツールを使用して設計記述を FPGA 実装に変換します。 |
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ハイレベルデザイン |
この方法では、高水準言語 (通常 Data Parallel C++ (DPC++)) を使用してデザインを記述します。DPC++ のみを使用するには、x86 によりコンピューターへ接続される対応ボードを使用する必要があります。この方法は、従来の FPGA デザインと組み合わせて、生産性を向上することができます。 |
|
FPGA デザインサービスを使用 |
製品にFPGAを使用したいが、自分で設計するための専門知識がない場合、AlteraにはFPGA設計サービスを提供する多くのパートナーがいます。 |
スタートガイド
FPGAテクニカルトレーニングでは、初心者FPGA学習者向けに特別に作成された2つのコースを提供しています。学習スタイルに応じて、コースを選択できます。FPGA技術トレーニングへの参加費用はかかりません。
Altera®FPGAsのための初心者ワークショップ
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初心者Altera®FPGAデザイナー
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FPGAテクニカル・トレーニング・カタログ
このカタログには、初心者から高度なユーザー向けのすべてのコースが記載されています。
学習を続ける
その他の初心者向けリソース
| トピック | 詳細 |
|---|---|
| FPGA技術トレーニング | Alteraでは、FPGAsの使い方を学ぶための無料の技術トレーニングを提供しています。タイミング収束方法やプラットフォーム・デザイナーなどの高度なトピックについて詳しくはこちら。 |
| FPGAアカデミックプログラム | インテルでは、リソースを提供しており、教師や教授が、エンジニアリングやコンピューター・サイエンスのコースの授業を作成する支援をしています。 |
| FPGAコミュニティ | FPGA デベロッパー・コミュニティーでサポートを得たり、コミュニティーの人々と会話することが可能です。 |
| DE-10 Lite Board | このボードは、初心者に最適です。 |
| FPGA デザイン例 | この FPGAs 向けのデザイン例のリポジトリーには、すべてのレベルのデザイナー向けのデザイン例が含まれています。 |
| FPGAのサポートリソース | このページは、FPGA開発者に提供されているすべてのサポートリソースにつながっています。 |
その他の開始用リソース
Altera大学ニュースレター
このニュースレターには、毎月の開発、イベント、および無料クラスに関する最新情報が含まれています。
FPGA ソフトウェア・ダウンロード・センター
ソフトウェアをダウンロードして、独自の FPGA デザインを開始できます。ライトバージョンには、ライセンスは必要ありません。
FPGAcademy チュートリアル
これらのチュートリアルは、デジタル・ロジックデザインでのより多くの予備知識を必要とする人々に最適です。
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