アルテラで遊ぶ

実験中・・・

2003.10.13

最初にPLDに出会ったのはGALの頃でした。１個のGALで２〜３個分のTTLを作れるものでしたが、消費電力は多いし、回路設計はブール代数で面倒だし、値段もTTLの方が安い、アドレスデコーダには便利だけど、汎用論理回路向きでは無いと、PLDには失望していました（笑）　で、ずっとPLDには悪いイメージを持っていました（笑）　５年程前から、アルテラやらザイリンクスの大規模（？）なPLDは、ツールも良くできていて回路図で入れられるし、かなりの規模の回路も入るのは知っていましたが、消費電力は相変わらずだし、デバイスもソコソコ高価、ツールも遊びに使うには向かない値段で興味を持てませんでした(^^;)　時は流れ、ふと気づくと、デバイスは1000円くらいから揃ってるし、ツールも制限付きながらフリーになってる。なにより、HDLが面白そうだったので、やってみることにしました。

アマチュア向きアルテラは？

アルテラには６００ゲートから１５０万ゲートまで多用なラインナップが有るようです。値段は９００円くらいから、５万円以上するものまで様々です。FPGAの性格上、ピン数は多い方が扱いやすいのですが、アマチュアがユニバーサル基板で製作するにはＱＦＰは不便です。ＤＩＰパッケージ品は存在していませんので、１／１０インチピッチの基板で扱えるのはＰＬＣＣに限られます。ＰＬＣＣも４４、６８、８４ピンの３種類しか無く、皆、ローエンドの製品ばかりです。最も小さいのはMAX7000シリーズの６００〜１２００ゲート品(7032/7064)で４４ピン、大きい物だと、FLEX8000(8282)の2500ゲートやFLEX10K10の１万ゲート品で８４ピンです。価格は900〜4000円程度です。FLEXシリーズは外付けROMが必要ですが、これは８ピンのDIPパッケージです。用途に合わせて、7032、7064、8282、10K10あたりが扱いやすそうです。

PICやH8ワンボードに繋げてＴＶ画面に絵を表示する

2003.12.9

目的のFLEX8000が買えそうにないので、MAX7000シリーズのEPM7128SLCを買ってきてVRAMを作ることにしました。2500ゲートで84pinのPLCCパッケージ品です。正確にはFPGAではなく、CPLDと呼ばれるタイプです。AHLDでプログラム？を書いている分には、FPGAもCPLDも差はありません(^^;)

上の写真の右側がアルテラとSRAMを載せた本体です。見た目はすっきりしていますが、裏は配線がぐちゃぐちゃで凄いです（笑）　メモリは余っていた256KBのキャッシュ用メモリを使いました。15nSと超高速ですが、そんなに速くなくても構いません。表示能力は、320x200x16色です。これはメモリの容量から決定したもので、別にパソコン並の表示能力を持たせることも可能ですが、ＴＶモニタに映すなら、こんなもんで十分でしょう。データの入出力は、パソコンとのインターフェースが簡単になるようにシリアル方式です。おかげで、１画面書き換えるのに１〜２秒ほど掛かります(^^;)　大体、メモリが32Kバイトですから、PICのROMの中には入らない大容量です。絵を表示するならH8あたりが不可欠でしょうね。ちなみに、手抜きしてノンインターレース表示なので、すこしちらつきます(^^;)　パチンコ液晶モニタなんかでは苦もなく使えます。なんせ、これで使うのが目標なので・・・

上の写真の左側は、秋月のRGB→コンポジット・コンバータです。むかーしのキットでPC8801なんかの画面をＴＶに映しましょうというキットです(^^;)　今でも、形を変えて売られているようですが、買ったことが無いので、どう変わったかは不明です。たぶん、似たようなものでしょう。これを使えば、簡単にカラーのビデオ信号を作ることができ便利です。

ＴＶの画面にカラーバーを映してみた様子 ＰＩＣで作った手抜きコントロールプログラムなので、バーが直線になっていません（笑） ゆくゆくは、Ｈ８のナビトラモニタに組み込んで、地図画面にコールサイン表示をやってみる 予定です。ただ、Ｈ８（３０４８）は１２８ＫＢしかメモリが無いので、無圧縮なら全部で４枚しか 入りません。実質的には２〜３枚がいいところかな？　パソコンを使った方が遙かに実用的 ですね（笑）　・・・　それに何時完成することやら・・・

MAX7000 EPM7128SLC84

試作した実験用基板

EPM7064SLC44は、MAX7000シリーズの製品で、1250ゲート、PLCC44ピン、CPLDと言われるデバイスです。ROMを内蔵しているので、外部にコンフィグレーションを必要としません。見かけはFPGAと変わらないのですが、内部構造が違います。CPLDは昔のPLDやGALの大規模化したもの、FPGAはASICなどゲートアレイ構造です。7000シリーズの特徴に高速性があります、今回買ってきたのは-10タイプで100MHzで使える製品です。目的のEPF8282ALC84が買えなかったので代わりに買ってきました(^^;)　CPLDの特徴として、内部のカウンタ全部が、この速度で動くので、かなりの高速性が期待できる製品です。

現在、１６ＭＨｚのオシレータと、書き込み用コネクタのみ実装した基板を作ってみました。これで、ビデオの同期信号発生回路をAHDLで組み込んでみたところ、プログラム通りに動作したのを確認しました。色々と作ってみたいのですが、作ってみたい物は、1200ゲート、44ピンには入りません(^^;)　それに、CPLD特有の欠点（FFが64個しか作れない）があり、カウンタを多用する回路では無理があるようです。やっぱ、FLEX8000か、10K10を買えば良かったかな・・・

パラレルポート式ダウンロードケーブルと呼ばれるタイプです。プリンタポートに付けて、アルテラに直接書き込める回路で、中は74HC244が１個入っただけの、単なるバッファです。買うと１〜３万円だそうですが、作れば自宅の備品だけで作れそうなので作ってみました。しかし、これが結構、苦労する羽目に・・・　配線ミスが発見できず、製作から動作確認まで２日も掛かってしまいました(^^;)　まあ、動いてしまえば他愛ないものです。 回路図はアルテラのＨＰにある「ByteBlasterMV」の説明書の回路図を真似ます。ケースは２５ピン×２用のケースを使いました。これならサイズも大きくラクに使えますし、それほど邪魔にもならず便利です。ケーブル側は１ｍ程のフラットケーブルを直接つないであります。MAX7000シリーズとの接続は、右の図のように１ＫΩの抵抗でプルアップして使います。

ビデオジェネレータを作りたい

最初に作って見たかったのは、ビデオジェネレータ(VRAM)です、以前PICで作ってみた物の、速度とメモリの関係で、お粗末なものしか作れませんでした（笑）　まあ、文字を出すには良いのですが、グラフィックを出すのは不可能です。ナビトラモニタに使える、VRAMを作ることが最初のテーマでした。で、設計してみると、最低でも2500ゲートのデバイスが必要です。使えそうなデバイスは、FLEX 8000か、10Kの最廉価グレードが良さそうです。ちなみに、これ以上のデバイスは、フリー版の開発ツールでは扱えません(^^;)

設計第２段として、7064で使えるケチケチ設計をしてみました。モノクロモードで、2bit x 32768 のＲＡＭを使う変則設計です（笑）　やっぱり、これでも、ＣＰＵインターフェースを作ると溢れてしまいます。うーん、２日も考えてAHDL書いたのに・・・

周波数カウンタを考える

MAX7000の高速性を生かして、周波数カウンタの製作を思いつきました。が、しかし、これも上手くいきません(^^;)　８桁表示とするなら、バイナリ構成で２７ビット、BCD構成なら３２ビット必要です。カウンタとラッチが必要なので５４〜６４のＦＦを消費します。タイムベースに12.8MHzのオシレータを使うと、1/12800000が必要となり２４ビットカウンタが必要です。全部で７８〜８８ビット分のＦＦが必要となり、7064ではできません・・・　さらに、多機能化していくと最低１００個は必要ですね。と、考えると、周波数カウンタはCPLDには向かないことが分かりました。　・・・うむむ