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ほんとのほんとの導入編 その2. FPGA 開発をはじめるために準備するもの

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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。
“その2” では、FPGA の開発に必要なアイテムを確認していきたいと思います。いったい、何を準備すれば良いのでしょうか。

開発に必要なものは次の6つです。

パソコンと評価用基板およびインテル® FPGA ダウンロード・ケーブルはご自身で用意してください。Quartus® Prime および ModelSim* - Intel® FPGA Edition は、インテル® のホームページからダウンロードできます。

Quartus® Prime

インテル® FPGA の開発ソフトウェアです。Quartus® Prime には、3つのエディション があります。
  [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
Quartus® Prime プロ・エディションおよびスタンダード・エディションは、ライセンスが必要な有償タイプで、ご契約後に WEB でライセンスを取得し、セットアップ後に使用するソフトウェアです。
Quartus® Prime ライト・エディションは、無料かつ無期限で使用できるソフトウェアです。開発できるデバイスのラインナップや最適化オプションなどに一部使用制限はありますが、FPGA 開発に必要な最低限の機能をカバーしています。論理回路の設計入力から基板上のデバイスを動作させるところまで作業可能なので、ライト・エディションでも十分に FPGA 開発に使用できます。また、ライセンスの取得も不要なので、インテル® のホームページからダウンロード後にパソコンへインストールすれば、すぐにその時点で使用できます。
Quartus® Prime ライト・エディションのさらなる情報は、MACNICA フォーラムの以下の記事で紹介しています。

各エディションの違いは、下記ページで確認できます。

Quartus® Prime 各エディションは、こちらからダウンロードできます。
Quartus® Prime のインストール用ファイルをダウンロードするには、インテル® のホームページのユーザーアカウントが必要です。myAltera アカウントをまだ持っていない場合は、myAltera アカウント・ヘルプ を参考に作成してください。アカウントは無料で作れます。

ダウンロード方法は下記ページをご覧ください。
ダウンロード終了後、インストールを開始します。ウィザード形式のインストーラーが起動しますので、その指示に従い作業を進めてください。なお、インストール先は、全角やスペースの入らないフォルダ・パスを使用してください。(NG例: C:\Program Files)ツールが正常に起動しなくなる場合があります。

インストール方法は下記ページをご覧ください。

[参考資料] ダウンロードおよびインストールのクイック・スタート・ガイド(マニュアル)はこちら

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「知る人ぞ知る、4つ目のエディション」

Quartus® Prime には、プロ・エディション、スタンダード・エディション、ライト・エディションの他に、実はもう一つ “エバリュエーション・エディション” が存在します。
エバリュエーション・エディションは、評価版として 30 日間無料で Quartus® Prime スタンダード・エディション全ての機能を利用できるツールです。しかしデバイスへの書き込みファイルは生成できません。 ライト・エディションで制限されている機能を試したいとき、エバリュエーション・エディションをお試しください。
エバリュエーション・エディションの使用には、パソコンに Quartus® Prime スタンダード・エディションのツールを使います。インストール後に Quartus® Prime を起動すると、以下のダイアログボックスが表示されます。

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ここで 「Start the 30-day evaluation period with ・・・」 を選択すると、Quartus Prime をエバリュエーション・エディションとして使用できます。興味があったら、是非試してみてください。

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ModelSim* - Intel® FPGA Edition

ModelSim* - Intel® FPGA Edition は、メンターグラフィックス社の ModelSim ソフトウェアを、インテル® デバイスを限定対象とした製品で、設計した自分のデジタル論理回路が意図した通りの動作をしているかをソフトウェア上で確認するためのシミュレータ・ツールです。FPGA 開発では、作業工程のうち論理シミュレーション(”RTL レベル・シミュレーション” とも言います)で使用します。
今回 ModelSim* - Intel® FPGA Edition をご紹介していますが、インテル® FPGA をサポートしている HDL 専用シミュレータをあなたがすでに所有していて、かつそのバージョンが “使用する Quartus® Prime バージョンで推奨されている” ならば、お持ちのシミュレータを使用してください。Quartus® Prime の EDA ツール・インタフェース情報はこちらの資料の EDA Interface Information セクションで確認してください。

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ModelSim* - Intel® FPGA Edition には、有料タイプの ModelSim* - Intel® FPGA Edition と、無料タイプの ModelSim* - Intel® FPGA Starter Edition があります。各エディションの特徴は、こちらで確認してください。
ModelSim* - Intel® FPGA Edition のインストール用ファイルのダウンロードは、以下のリンク先で行えます。なお、ダウンロードにはインテル® のホームページのユーザーアカウントが必要です。myAltera アカウントをまだ持っていない場合は、myAltera アカウント・ヘルプ を参考に作成してください。作成は無料です。


ダウンロード終了後、インストールを開始します。ウィザード形式のインストーラーが起動しますので、その指示に従い作業を進めてください。なお、インストール先は、全角やスペースの入らないフォルダ・パスを使用してください。(NG例: C:\Program Files)ツールが正常に起動しなくなる場合があります。

評価用ボード

通常は、ユーザーの仕様に合った FPGA 搭載基板をユーザーが製造します。でも、その基板を作るには時間と手間とコストがかかります。ですから、まずは評価用基板でFPGA を動かして、ツールの使い方や FPGA の特徴にいち早く触れてみましょう。
FPGA 初心者向けオススメ評価用基板は、コレ!


[MAX 10 FPGA 開発キット]

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MAX® 10 (マックス テン) は、CPLD である従来の MAX シリーズよりも高速性と集積度を大幅に向上した不揮発性の FPGA です。今までの MAX® CPLD シリーズには無かった PLL (Phase Locked Loop)、DSP、内蔵メモリブロックなどを搭載し、Stratix® や Cyclone® シリーズなどの FPGA で必須のコンフィギュレーション用外部メモリ(ブートメモリ)を内蔵したワンチップ・タイプの新しいタイプの FPGA デバイスです。
この基板はインテル® FPGA ダウンロード・ケーブル USB-Blaster™II の機能を内蔵しているため、梱包されている Mini USB ケーブルをつなげばすぐに使用できます。
MAX® 10 FPGA 開発キットは、こちらでお求めいただけます。

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その他、Odyssey(オデッセイ) MAX® 10 FPAG Eval Kit もあります。
Odyssey MAX® 10 FPAG Eval Kit に関連するマクニカオンラインサービスの技術記事はこちらをご確認ください。

各基板に搭載されている MAX® 10 デバイスについては メーカーサイト をご覧ください。

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[Beryll Cyclone V GX ベーシックボード]

Beryll (ベリル) Cyclone® V GX ベーシックボードは、インテル® FPGA の Cyclone® V GX (サイクロン・ファイブ・ジーエックス)の評価用ボードです。Cyclone® V GX FPGA の各種機能評価の他、Cyclone® V GX FPGA に実装されている DDR3SDRAM ハード・メモリ・コントローラの評価や、HSMC(ハイスピード・メザニン・コネクタ)に各種ドータカードを拡張してのインターフェイス評価および治具としてもご利用いただけます。
この基板はインテル® FPGA ダウンロード・ケーブル USB-Blaster™II の機能を内蔵しているため、梱包されている Mini USB ケーブルをつなげばすぐに使用できます。
搭載されている Cyclone® V デバイスについては メーカーサイト をご覧ください。


また、ご自身で初心者向けの FPGA 評価用基板を探す場合は、以下の選考ポイントを参考にしてください。
 ✔ インテルの FPGA が搭載されている(できれば、新しいファミリが good!)
 ✔ FPGA の動作確認は、パソコンと評価用基板のみで可能(特殊な装置は不要)
 ✔ リファレンス・デザイン(サンプル回路)が付属していて、Quartus Prime で設計できる
 ✔ 評価基板にインテル® FPGA ダウンロード・ケーブルの機能が内蔵されている
   → 内蔵されていない場合は、別途 USB-Blaster™ II を購入
 ✔ 外部から FPGA へアクセスできる I/O ピンが多くあり、評価したいインターフェイスに対応した拡張コネクタがある

これらを考慮して購入を検討してください。評価用基板(開発キット)各種は、こちらでも購入可能です。

インテル® FPGA ダウンロード・ケーブル

USB-Blaster™ II (ユーエスビー・ブラスター・ツー) という専用のダウンロード・ケーブルを使用し、Quartus® Prime (パソコン) で設計した自分のデジタル論理回路のデータを対象のインテル® のデバイスへ転送します。パソコンとのインターフェイスは USB ポートで、データを転送するためのユーティリティは Quartus® Prime に付属した Programmer (プログラマー) と言うツールを使用します。

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最新の評価用基板の多くは USB-Blaster™ II の機能が実装されていて、その場合はこの専用ケーブルは不要です。(基板に付属された USB ケーブでパソコンと基板を接続し、データを転送します。)そのため現時点で必須ではありませんが、ユーザー仕様の製作基板に対して実装されたインテル® のデバイスへのデータ転送には、必ずこの USB-Blaster™ II が必要になります。
こちらもこちらでお求めいただけます。


操作マニュアル

Quartus® Prime や ModelSim* - Intel® FPGA Edition の使い方がわからないと設計は始められません。各種 PDF 資料は無料でホームページから閲覧およびダウンロードができます。

  • インテル® の Quartus® Prime (ModelSim* - Intel® FPGA Edition を含む) 資料はこちらから
     英語                   日本語

また、マクニカグループの技術サポート・チームもオリジナル資料をリリースしています。もちろん日本語です!
英語資料の直訳ではなく、日々サポートで経験している “お客様の困った” に寄り添う内容になっていて、ツールの各機能や開発のフローに対応した形式でわかりやすく資料化されています。マクニカオンラインサービスのオリジナル資料は以下をご覧ください。


これで環境は整いました!
ではいよいよ・・・と行きたいところですが、開発をするには最低限の知識を備えないとなりません。どんなことが必要なのか、次の回で確認していきましょう。


Note:
本記事では 読者に親しんでいただくため、アルテラ社のホームページにおいて日本アルテラ社のページをご案内していますが、併せて USA ページも必ずご確認ください。日本語ページは情報の更新が遅れる場合がありますので注意してください。アルテラ社ホームページの言語切り替えは、ページ右上のプルダウンメニューより行えます。なお、言語を切り替えてもすべてのページが日本語になるわけではありませんのでご了承ください。

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