はじめてのFPGA設計―VHDLによる回路記述からシミュレーションまで [単行本]

はじめてのFPGA設計―VHDLによる回路記述からシミュレーションまで の 商品概要

• 要旨（「BOOK」データベースより）

  ＶＨＤＬ言語を用いたディジタル回路設計の解説に加え、設計した回路の動作検証を行うためのＶＨＤＬ言語での記述（テストベンチ）についても解説しています。そのため、一貫した回路設計手順を効率よく学ぶことができます。また、動作確認の写真やテストベンチによるシミュレーションの解説もしていますので、ＦＰＧＡボードがなくても体験的な学習をすることが可能です。

• 目次

  Step1　FPGA設計とは？
  　1　ワープロ感覚でFPGA設計
  　　1-1　なぜ今，FPGA設計をすすめるのか？
  　　1-2　FPGAってどんなIC？
  　　1-3　回路データはどうやって作るのか？
  　　1-4　とりあえずFPGA設計ってこんなもの！
  　2　FPGA設計環境を整える
  　　2-1　設計ソフトウェアツールの種類
  　　2-2　無料版設計ソフトウェアツールの入手法
  　　2-3　それでは，起動してみよう！
  　　2-4　実装用のFPGAボードについて
  　3　まずはやってみよう！
  　　3-1　スイッチとLEDによる回路
  　　3-2　回路の具体的な動作
  　　3-3　ディジタル信号の表し方
  　　3-4　FPGAボードでの回路構成
  　　3-5　FPGAを設計する
  　　3-6　設計結果の動作確認
  　　3-7　希望通りの動作に修正する
  　　■コラム1　FPGAは今も発展中
  　　■コラム2　電流制限抵抗やプルアップ抵抗の値の決め方
  Step2　VHDLによるFPGA設計の実際
  　4　VHDLファイルの記述
  　　4-1　VHDL記述の全体構成
  　　4-2　ライブラリとパッケージの指定
  　　4-3　入出力信号の定義
  　　4-4　内部回路の記述
  　　4-5　簡単なVHDL記述例
  　5　FPGA設計の具体的な手順
  　　5-1　プロジェクトを作る
  　　5-2　VHDLファイルを記述する
  　　5-3　コンパイルする
  　　5-4　ピン割付をする
  　　5-5　未使用ピンの処理
  　　5-6　フィッティングする
  　　5-7　コンフィギレーションして動作を確認
  　　5-8　プロジェクトの終了と再開
  　　■コラム3　QuartusⅡ初期設定の自動化（Tclファイル）
  Step3　シミュレーションによる動作検証
  　6　シミュレーションとは
  　　6-1　機能シミュレーション
  　　6-2　テスト信号と真理値表
  　　6-3　テストベンチはこんなもの
  　　6-4　機能シミュレーションの実施
  　　6-5　シミュレーション結果の表示と動作検証
  　　6-6　タイミング・シミュレーション
  　7　テストベンチの記述
  　　7-1　テストベンチの考え方
  　　7-2　テスト信号の記述法
  　　7-3　実装回路の扱い方
  　　7-4　具体的なテストベンチの記述
  　　7-5　シミュレーション結果
  　　7-6　タイミング・シミュレーションと時間設定
  　　■コラム4　ModelSimの繰返し操作の自動化（Doファイル）
  Step4　組合せ回路の記述
  　8　ゲート回路の記述
  　　8-1　ディジタル回路の定番といえばTTL-IC
  　　8-2　基本論理ゲートの種類と動作
  　　8-3　基本論理ゲートの記述とシミュレーション
  　　8-4　多入力ゲートと2入力ゲートの組み合わせ
  　　8-5　多入力ゲートの動作確認回路
  　9　セクレタの記述
  　　9-1　条件を判断する回路
  　　9-2　入力切替回路（2to1セクレタ）
  　　9-3　入力信号が4つあったらどうする
  　　■コラム5　たかがLED点灯，されどLED点灯
  　10　エンコーダの記述
  　　10-1　エンコーダ（符号化回路）
  　　10-2　プライオリティ・エンコーダ
  　　10-3　多分岐の書き方
  　　10-4　4to1セクレタの別解
  　　10-5　エンコーダの別解
  　11　デコーダの記述
  　　11-1　デコーダ（複合化回路）
  　　11-2　3to8デコーダ
  　　11-3　7セグメントLEDデコーダ
  　12　少し複雑な回路の記述
  　　12-1　真理値表から回路を設計する
  　　12-2　論理記述からVHDL記述へ
  　　12-3　実際に試してみよう！
  　　12-4　回路の内部動作を詳しく見たい
  　　■コラム6　組合せ回路は基本論理ゲートで記述できる
  　　■コラム7　ハリティジェネレータ回路の構成と遅延時間
  Step5　順序回路の記述
  　13　順序回路
  　　13-1　組合せ回路と順序回路
  　　13-2　同時処理と順次処理の動作
  　　13-3　順序回路にはProcess文を用いる
  　　13-4　同時処理と順序処理の違い
  　　13-5　Process文を用いた同時処理
  　14　記憶する回路の記述
  　　14-1　順序回路としての「2to1セクレタ」
  　　14-2　記憶する回路を作る
  　　14-3　'1'や'0'を自由に設定できる記憶回路
  　　14-4　if then else文の応用型
  　15　数を数える回路の記述
  　　15-1　エッジ検出という定石
  　　15-2　トグル動作がカウンタの基本
  　　15-3　カウンタの原理
  　　15-4　2進4桁のカウンタ
  　　15-5　7セグメントLEDで動作確認
  　　■コラム8　レベルトリガとエッジトリガ
  　16　いろいろなカウンタの記述
  　　16-1　カウンタの10進化
  　　16-2　リセットのかけ方　その1～非同期型～
  　　16-3　リセットのかけ方　その2～同期型～
  　　16-4　アップ／ダウンするカウンタ
  　　16-5　グレイコードという変わりもの
  　17　時間を作る回路の記述
  　　17-1　同期回路設計とクロック信号
  　　17-2　一定周期でLEDを点滅させる
  　　17-3　タイマーのシミュレーション
  　　17-4　カウンタ段数を変える工夫
  　　17-5　ロード機能も使い方次第
  　　■コラム9　チャタリングというやっかいな現象と対策
  　　■コラム10　レーシング現象に注意！
  Step6　大規模回路の設計
  　18　階層設計にする
  　　18-1　あらためて部品化とは
  　　18-2　コンポーネントの呼び方
  　　18-3　1つのファイルの中で階層化
  　　18-4　複数のファイルで階層化
  　　18-5　同じコンポーネントを複数個用いる場合
  　　■コラム11　FPGAによる製品開発のメリット
  　19　IPを利用する
  　　19-1　IPのいろいろ
  　　19-2　QuartusⅡが提供するTTL-ICのパッケージを使う
  　　19-3　10進4桁カウンタへの適用例
  　20　ステートマシンとして考える
  　　20-1　ステートマシンとは（自販機の動作を例にして）
  　　20-2　ステートマシンのVHDL記述の仕方
  　　20-3　一方向に遷移する
  　　20-4　双方向へ遷移する
  　　■コラム12　パワーオン・リセット回路
  Step7　具体的な設計事例
  　21　シミュレーションの自動化
  　　21-1　波形表示中に文字を表示
  　　21-2　テスト結果をファイルに出力
  　　21-3　ファイル内容の読出し
  　　21-4　テストの自動化
  　22　ナイトフラッシャーの設計
  　　22-1　ナイトフラッシャーとは
  　　22-2　多分岐制御工文を用いる方法（案①）
  　　22-3　アップ／ダウンカウンタを用いる方法（案②）
  　　22-4　シフト動作を用いる方法（案③）
  　　22-5　ロジックだけで実現する方法（案④）
  　　22-6　ナイトフラッシャーの動作比較テスト
  　　■コラム13　点灯パターンデータを配列としてROM化する方法
  参考文献
  さくいん

• 出版社からのコメント

  FPGAデバイスを用いたVHDLによるディジタル回路設計を初学者向けに解説。効率良く学べるよう工夫。

• 内容紹介

  FPGAデバイスを用いたVHDLによるディジタル回路設計を初学者向けに解説。回路設計、VHDL記述の解説だけでなく、シミュレーション結果画面も掲載し、一通りの手順をわかりやすく解説。具体的な設計事例を基にプログラミング言語や回路設計手順を説明することで、効率良く学ぶことができる。また、本書で使用する無料設計ソフトウェアツールの操作方法やプログラムのリスト、その他補足の事例について小局Webより閲覧が可能。

• 著者紹介（「BOOK著者紹介情報」より）（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）

  坂巻 佳壽美(サカマキ カズミ)
  学歴：日本大学理工学部電気工学科卒業。職歴：地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター多摩テクノプラザ

はじめてのFPGA設計―VHDLによる回路記述からシミュレーションまで の商品スペック