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ほんとのほんとの導入編 その1. FPGA 開発をはじめるための環境づくり

今、製品開発のキーデバイスとして注目を集めている FPGA。低コスト製品も多くなり、より手軽で身近なものになってきました。そして、FPGA の開発に欠かせないソフトウェアも、現在ではオートメーション化が進み、直感的に使える GUI になっています。
そんな今だからこそ、FPGA の学術的部分はちょっと置いておいて、まずは手軽に FPGA を使ってみませんか?
今回は 大手 FPGA メーカーであるインテル®(旧アルテラ)社の FPGA 開発を例に挙げ、開発をはじめるための第一歩にポイントを絞ってまとめてみました。今後 FPGA を使ってみたいと思っている人、もう一度基本に戻りたい人、あるいは〇年ぶりに FPGA に携わる人 必見です。

ようこそ FPGA の世界へ!

なお、この 導入編 は以下5つのパートでご案内します。

その1. FPGA 開発をはじめるための環境づくり
その2. FPGA 開発をはじめるために準備するもの
その3. FPGA 開発をはじめるために必要な知識
その4. FPGA 開発の流れ
その5. 役立つコンテンツの紹介

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こんにちは。マクニカでインテル® FPGA(旧アルテラ)製品の技術サポートをしている インテル・アルテラ・ハナコ です。
記念すべき 第1回 目である ”その1” では、FPGA の開発には欠かせない “パソコンの環境” についてお話しします。

インテル® の FPGA および CPLD を開発するためには、Quartus® Prime (クォータス・プライム)と、ModelSim* - Intel® FPGA Edition (モデルシム・インテル・エフピージーエー・エディション)いうソフトウェア(主にツールと呼びます。)が必要です。まずは、このツールをパソコンにインストールします。

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Quartus® II はバージョン 15.1 より、Quartus® Prime と名前を換えてリニューアルされました。ネーミングの変更と性能の向上が行われていますが、ツールの操作性やメニュー名称など UI(User Interface)はほぼ変わりませんので、Quartus® II 向け資料も同様にご活用ください。
各ツールにおけるエディション名の対応は下表をご覧ください。

  [New] Quartus® Prime Quartus® II
バージョン 15.1 以降 15.0 以前
有償タイプ Quartus® Prime スタンダード・エディション
Quartus® Prime プロ・エディション
Quartus® II サブスクリプション・エディション
無償タイプ Quartus® Prime ライト・エディション Quartus® II ウェブ・エディション

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では、早速インストール・・・と、その前に、インストールやその後の操作に必要なパソコン環境を整えておきましょう。(ModelSim* - Intel® FPGA Edition と比べて Quartus® Prime の方がはるかに多くのドライブの空き容量と大きな実装メモリ容量が必要であるため、今回は Quartus® Prime を基準に見ていきます。)

パソコン環境のポイントは次の5つです。
 ✔ パソコンのドライブの空き容量
 ✔ 実装されているメモリの容量
 ✔ CPU
 ✔ OS (オペレーション・システム)
 ✔ USB ポート

では、ひとつずつ見ていきましょう。


ドライブの空き容量

Quartus® Prime をインストールするパソコンのドライブまたはパーティションには、最低限の空き容量が必要です。なお、Quartus® Prime には “有償料タイプのプロ・エディションスタンダード・エディション”と、“無償タイプのライト・エディション” の計3つのエディションがあります。

各エディションの違いは、下記ページで確認できます。
ライト、スタンダード、およびプロ・エディションの比較 (メーカーサイト)

各エディションにより必要な空き容量は異なりますので、下記ページの “システム要件” セクションを展開して 「インテルFPGAの完全なデザイン・スイートに必要なディスク・スペース」 部分を事前確認してください。(ツールのバージョンは、各ページ上部の “バージョンを選択” で切り替えることができます。)

✔ Quartus® Prime プロ エディションは こちら をご覧ください。
✔ Quartus® Prime スタンダード エディションは こちら をご覧ください。
✔ Quartus® Prime ライト エディションは こちら をご覧ください。



実装メモリ(物理メモリ)

Quartus® Prime で開発するために必要な推奨される実装メモリの容量が提示されています。デバイスのファミリや型番ごとに異なりますので、事前にデバイス・サポート・リリースノートの “Memory Recommendations” を確認し、必要に応じてメモリを増強してください。その他、実装メモリの容量と同等の仮想メモリを設定することも推奨されています。

CPU

CPU のメーカーや性能(クロック数やコアの数など)に制限はありませんが、64bit タイプであることが条件です。
Quartus® Prime はマルチプロセッサに対応していますので、使用するパソコンの CPU がデュアルコアやクアッドコアなど複数のコアが搭載されていて、クロックも高速であれば、これにより処理が速くなり、ストレスなくスムーズに作業を進めることができます。 もちろんシングルコアでも開発は行えますが、ユーザーによってはフラストレーションが溜まるかもしれません。

OS (オペレーション・システム)

対応する OS は、Windows Linux です。
 ・ Windows OS のエディションはこちらで確認してください。
 ・ Linux OS のディストリビューションは、こちらで確認してください。

これからもわかるように、現在 最新の Quartus® Prime を使用するためには、64bit プラットフォームが必須です。32bit システムにはインストールできませんので注意してください。
(Quartus® Prime Programmer and Tools は、Windows 7 SP1 のみ 32bit と 64bit 両方をサポートしています。インストーラーもそれぞれ別に用意されています。)

USB ポート

Quartus® Prime で設計したデータをアルテラのデバイスへ直接ダウンロードする際、パソコン側のインターフェイスとして USB ポートが1つ必要です。

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これで Quartus® Prime および ModelSim* - Intel® FPGA Edition をインストールするためのパソコン環境が整いました。続いて、FPGA を開発するにあたって必要なアイテム(準備するもの)を確認しましょう。



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