スターターキット編

mamehachi · May 2019

※ 2010年当時の内容をそのまま掲載しております。
  リンク切れなどございますが、ご容赦ください

はじめまして、mamehachi です！
BBT で、FPGA 見習いやってます。
まだ、まだ、駆け出しです

これから SiTCP について学ぼうと思っているところです。

さて、何から始めようかな...

SiTCP って何が嬉しいんだろう。
データをイーサネット上で転送できるFPGA用のライブラリか～。
プログラムを組まずに、お気軽に転送できるってことかな...
ネットワークのプログラミングは難しそうだから、これは、うれしいな！

う～ん。他にもいいことがあるのかな？
Dr. Bean 教えてください。

Dr.Bean · May 2019

なんじゃ、まだまだ、修行が足りんの～。
目先の楽さだけに目を付けおって...
確かに、ハードウエアだけで、TCP のサーバーとして機能するから、
ソフトを組まなくて良いのじゃが、もっと注目せんといかん特徴があるのじゃよ。

ハードウエアで実装しているから、高速で安定した転送ができるのじゃよ。
最近は、FPGA に CPU を実装することもできるのじゃが、高速には動作せぬのじゃ。
それに、ライブラリが小さいから、中規模クラスのFPGAでユーザの回路と
共に実装することができるのもこのライブラリのウリじゃ。
UDP のよる通信で、レジスタの設定も出来るのじゃぞ。

があるから、ちゃんと、目を通しておきなさい！

確か、先日、注文しておいた Xilinx のが
届いていたはずじゃ。
SiTCP User Community にあるサンプルを、動かしてみてはどうじゃ。

mamehachi · May 2019

分かりました。

で SiTCP を動かしてみます。

スタータキットを、探さないと...

mamehachi · May 2019

こんにちは、mamehachi です。

Xilinx の「Spartan-3A スタータキット」手に入れました！

さて、早速、開封。

基板、マニュアル、USBケーブル、CD が入っていますね。

マニュアルといっても、動作確認ぐらいしか書いてないな～。

まずは、「Start Here」と書かれたマニュアルに従って動作確認をしてみよう。
ちゃんと動作するのかちょっとドキドキするな～。

電源を接続して、電源スイッチをON...

Welcome to S3A &S3AN Starter Kit

とLCDに表示されました。

そして、約１秒後、コンフィグレーションのメニュー表示になりました。

無事起動しました～！

詳しいマニュアルは、オンラインにあるのか～。
検索、検索...

スタータキットの資料が置いてあるページがありました。

このボードは REVISION D だから
「Spartan-3A/3AN FPGA スタータキットボードユーザーガイド」
でいいようだな。後で、目を通しておこう。

資料探している途中で ISE12 って見かけたけど、CD には、ISE11 って書いてあるな～。
ISE11 でいいのかな？

こんな時は、Dr.Been に聞いてみよう。
どうなんですか？

Dr.Bean · May 2019

知ってるとは思うが、ISE は、xilinx が提供している開発環境じゃ。
ISE12 が最新じゃが、スタータキット用の SiTCP のサンプルは、ISE11 用なので、
今回は、xilinx がフリーで提供しているをインストールするのが良いぞ。

mamehachi · May 2019

こんにちは、mamehachi です。

今回は、ISE11 の WebPACK を、インストールします。

から

をクリック。

ISE のいろんなバージョンがおいてあるぞ。

Dr. Been が ISE11 を使うように、言っていたな～。

ISE11 にもいろいろバージョンがあるけど、11.1 をまずインストールしないといけないみたいだな。

11.1 の All Platforms (WebPACK)をダウンロード...

ん、ユーザ登録をしないといけないのか。

英語だからめんどくさいけど、必要な項目を埋めればいいだけか。なんとか終了。

2.67GB もあるから結構時間がかかるな～。

Windows のソフトで tar ってめずらしいけど、

Lhaplus で tar の展開できるのかな。

お、出来そうだ...

Image: http://sitcp2.bbtech.co.jp/uploads/editor/8j/f4mf31q19sbr.jpg

あれ、こんな表示が出てしまった。

うまく解凍できないみたいだな～。

Dr. Been なんで解凍できないのですか？

Dr.Bean · May 2019

これは、100 文字より長いファイル名を使えるようにする GNU 独自の拡張に
対応していないからじゃよ。ワシも以前、悩んだものじゃ。

に多少記述があるぞ。
そうじゃの～、の説明のほうが分かりやすいかもしれんの～。

どちらも英語じゃから、お主にはちょっと辛いかの～。
してみるのが良いかもしれんの～。
このことについて、ブログなど書いている人が結構おるから、参考になるじゃろう。

Laplus は、GNU 独自拡張に対応していないようじゃから、他のツールを探すのが良いぞ。

mamehachi · May 2019

他のツールって言われても、大丈夫なのはどれなんだろう～。

Dr. Been も冷たいよな～。お勧めのツールを教えてくれればいいのに！

Dr. Been が教えてくれないなら、Google 先生に聞いてみよう...

tar の解凍ができそうだから、とりあえずを試そう。

Windows XP だから、32bit版をダウンロードして、実行。

インストール先を指示するだけで簡単に終了。

さて、解凍できるのかな～。

tar ファイルを右クリックすると...おー、「7-ZIP」のメニューが増えてる。

[ここに解凍]を選択...

無事、解凍できるかな～。

終わった。

エラー表示もでなかったし、「Xilinx_11.1_WebPack_SFD」ディレクトリも出来ているから

うまくいったっぽいぞ。

ディレクトリを開いて...

う～ん、「xsetup.exe」でいいのかな。ちょっと、linux っぽい名前だな～。

「xsetup.exe」を実行。

いろいろ設定があるけど、全部デフォルトでいいみたいだな～。

[インストール]ボタンをクリック。

インストールが始まったけど...結構掛かるな～。

おっと、ダイアログボックスが出ている。

一時間弱はかかったかな。

あれ、まだ続くのか...

VC++ 関連のものみたいだけど、これはすぐ終了。

次は、ライセンスか～。

[Start ISE WebPack] を選択して、[Next]をクリック。

Xilinx のサイトが表示されるのか～。いや、いや、結構手間がかかるな～。

WebPACK Lisense を選んで...お、e-mail でライセンスファイルが送信されるのか...

[Copy License...] をクリックして、送られてきたファイルを指定してして、[close]。

さすがにこれで終了かな？

おっと、次は Update か～。

[Check for Updates] をクリック。

[OK] をクリック。

あれ、エラー表示だ！

う～ん、とりあえず、リトライしてみるか。

ん、また同じダイアログだ。ダメか。

とすると、キャンセルするしかないか。

一応、完了。いまいち、すっきりしないけど...

11.5 が最新だから、update はしないとまずいんだろうな～。

また、Dr. Been に聞くか...

「なんじゃ、そんなこともわからんのか」な～んて嫌味のひとつも言われそうだな...

気を取り直して、まずは起動してみよう。

デスクトップ上の [Xilinx ISE 11] をダブルクリック。

お～、立ち上がった。

メニューの [Help]-[XilinxUpdate...] というのがあるぞ。

お、インストールの時と同じだ。

[Yes]。

ん、[License State] が [Invalid] の項目があるな～。

ちょっと、あやしいぞ。

外して、試してみよう。

一旦、アプリケーションを止めるのか。

[Yes]をクリック。

Image: http://sitcp2.bbtech.co.jp/uploads/editor/k8/28rn259n4w2t.jpg

かなり時間がかかるみたいだな～。。

全然進まないから、ちょっと、出掛けてこよう。

mamehachi · May 2019

やっと、update 終わりました。

３時間位かかったのかな。

さてと、もう一度起動してみよう。

[Help]-[About...]

で、バージョン表示。

無事、11.5 になった。

良かった良かった。

Dr. Been に聞かずに済んだし

さてと、次はやっとサンプル版の起動だな。

やったことは大したことはないけど、意外と時間がかかったな～。

mamehachi · May 2019

こんにちは、mamehachi です。
やっと、SiTCP に辿りつきました～

まずは、サンプル版をSiTCPサイトからダウンロードしてこよう！
SiTCP のメインメニューからダウンロードを開いて、
「Sample source for Xilinx Spartan 3A Starter kit」をクリックしてダウンロード。

XC3ASKSample.4.0.zip が、ダウンロードできました。
ZIP ファイルを解凍すると、XC3A_SK_SiTCP デレクトリができたぞ。

ISE を立ち上げよう。
ん～。file メニューを見ると、[Open Project] があるな～。これだろう。
ファイルの種類に「*.xise」ってあるから、拡張子が「xise」のファイルを
探せばいいんだな。

お、XC3A_SK_SiTCP/ISE11 の中に「ISE11.xise」ってファイルがあったぞ。
これだな。開いてみよう。

再生のアイコンをクリックすればいいのかな。
あれ、コンパイル済みなのか～。何も起こらないな～。
コンパイルしてみたいから、
XC3A_SK_SiTCP/src/S3A_SK_SiTCP.V
を変更せずに保存しなおして、タイムスタンプを更新してみよう。

もう一回、再生[Implement Top Module]をクリック。

お～、コンパイルできたみたいだ。
warning は出ているけど、大丈夫だろう。

「Generate Programming File」が「？」だな～。

再生アイコンのヒント表示に、「Implement Top Module」ってでるな～。
これは、Implement までみたいだな。

う～ん、どうすればいいんだろう。
[Generate Programing File] を右クリックするとしてみるか...

[Run] かな。

ちょっと待つと...

出来たみたいだ。

さ～て、スタータキットで動かすぞ！
って、どうすればいいんだ。
[Configure target Device] っぽいけど。
ユーザーズガイドを、見てもこの辺りについては詳しく書いてないようだな～。

Dr.Been に聞いてみよう。
どうすればいいんですか？

Dr.Bean · May 2019

そうじゃの～。
スタータキットの FLASH に書き込むことも出来るのじゃが、
今回は USB ケーブルを使って JTAG で直接 FPGA をプログラムするのが
簡単で良いじゃろう。
スタータキットの設定の変更も必要ないしの～。

まずは、ISE の [Configure Target Device] にある
[Manage Configure Project(iMPACt)] をダブルクリックして
起動するのじゃ。
立ち上がったら、[Boundary Scan] を選択して、
[Initialize Chain] を実行すると、
後は、なんとなく分かるじゃろう。

mamehachi · May 2019

USB ケーブルか～。
確か、キットについていたはずだ...。
USB ケーブルで、PCとスタータキットを接続して、
電源を入れてみよう。

あ、ドライバーのインストールするのか～。
[いいえ、今回は接続しません] を選択して、[次へ] をクリック。

[ソフトウェアを自動的にインストールする] を選択して、[次へ] をクリック。

さーて、動かしてみよう！

と思ったらまた同じダイアログが表示されたぞ。

また、ドライバーのインストールなのかな？
同じ手順で、... 完了。

あれ～、また、出てきたな～。
大丈夫なのかな～。
もう一度、繰り返すか...完了。

今度は、ダイアログが出てこない。
良かった、先にすすめる

[Manage Configuration Project(iMPACT)] をダブルクリック。

Boundary Scan って、Dr.Bean が言っていたな～。

[Boundary Scan] を、クリック。
ん、何も起きないな～。じゃ、ダブルクリック。

「Right click to Add Device or Initialize JTAG chain」って出たぞ。
Dr.Bean が[Initialize Chain] を実行しろと言っていたのは、これだな。
「Right click」と書かれている付近を右クリックすると...

[Initialize Chain] を、クリック。
お～、FPGA が、表示された！

「Do you want to continue and assign configuration files(s)?」
って聞いているから、[Yes] かな。

表示されている、「s3a_sk_sitcp.bit」を指定すれば、良さそうだな。

[Open] をクリック。

FLASH は使わないと言っていたから、[No] でいいだろう。

あれ、また出てきたぞ。
あ、xcf04s に色が付いているな～。
一個ずつ選択するみたいだな。
FLASH だから、[Bypass] でいいかな。

デフォルトで大丈夫だろう。

[OK] をクリック。

xc3s700a を右クリックするんじゃないかな～。

予想通りだ [Program] をクリック。

お、どうだろう。

うまくいったみたいだ！
スタータキットの LED 表示が変わったぞ。

LD7 のみ点滅するようになりました。

動作しているみたいだな～。
LED の表示以外に起動確認の方法はないのかな～？

Dr.Bean · May 2019

まずは、ping を打って、導通確認をするのが良いじゃろう。

サンプル版は、SiTCP のデフォルトの IP アドレスを使用しているのじゃ。

IP address: 192.168.10.16
TCP port: 24
UDP port: 4660

デフォルトは、これじゃ。

mamehachi · May 2019

分かりました。PING で確認してみます。

まず、クロスケーブルでPC と接続しよう。
スタータキットのRJ-45コネクタのLEDが緑色で点灯したから、
LINK は、無事上がったみたいだな～。

コマンドプロンプトを起動して、
PING...えっとアドレスが、192.168.10.16...

あれ、失敗だ

あ～、そうか、ネットワークの設定をしなきゃ。

[スタート]-[コントロールパネル]

で、コントロールパネルを表示して、
[ネットワーク接続]をダブルクリック。

[ローカルエリア接続] をダブルクリック。

[プロパティ] をクリック。

[インターネットプロトコル (TCP/IP)] をダブルクリック。

スタータキットが、192.168.10.16 だから、

でいいだろう。

今度は、うまくいくかな。
もう一度、ping を実行。

Image: http://sitcp2.bbtech.co.jp/uploads/editor/h9/6ngc4mvvh598.jpg

お、応答が返ってきた～！
ちゃんと、動いているようだ

次回は、機能の確認をしてみます！

mamehachi · May 2019

こんにちは、mamehachi です。

今回は、SiTCP を動かして、その機能を確認してみます。

さて、どうしようかな。
確か、SiTCP User Community Site のダウンロードに「SiTCP Utility」が
あったけど、使えるんじゃないかな～。

「SiTCP Utility」をダウンロードしてみよう。

SiTcpUtil.0.9.2e.zip がダウンロードできました。

中を見てみると、「setup.exe」があるな～。
一応、解凍してから、実行。

[実行]をクリック。

[同意する]をクリック。
そういえば、SiTCP Utility のダウンロードの説明に、

注意：.NET Framework3.5のインストールには数十分かかる場合があります。

って書いてあったな～。
結構時間が掛かるのかな～。
ちょっと、放っておくか...

あ、終わってる
10分弱ぐらいかな～。意外と早かったな～。

[インストール」をクリックだな。

お、インストール終了したと思ったら、起動した

アドレスやポートは、Dr.Bean の言っていたデフォルト値になっているみたいだな。
まずは、UDP から確認してみよう。

[制御(UDP)]タブをクリック。

レジスタアドレスは 0 で、試してみよう。
[読み出し] をクリック。

おっ。目が動いた...ちょっと、ビックリ

とりあえず、何か読めたな～。

今度は適当に書き込んでみよう。

こんな感じでデータを書いて、[書き込み] をクリック。

お、LED の表示が変わったぞ！

読みだしてみよう、[読み出し]をクリック。

アドレス 8 以降が、書けるみたいだな～。
でも、アドレス 9 は、書けないのかな？

LED は、下位 7 bit と考えると、0x19 だな～。
とすると、アドレス 8 が LED なのかな？

アドレス 8 に 0x55 を書き換えてみよう。

[書き込み]をクリック。

お～、予想通りだ

UDP は、動作しているようだな。

次は、TCP をやってみよう

[データ(TCP)]タブをクリック。

[受信開始]をクリック。

何も受信できないみたいだな～。

Dr. Bean に聞いてみよう。
なんで、受信できないのですか？

Dr.Bean · May 2019

仕様も分からずに、闇雲にやってもうまくいかんぞ。
簡単だから、ソースを見てどう動くのか調べてみなさい！

mamehachi · May 2019

分かりました。見てみます。

ソースは、確か、

XC3A_SK_SiTCP¥Src

にあったはず。

S3A_SK_SiTCP.V を見てみよう。

思ったより分量がないぞ。
理解できそうだ

//---------------------------------------------------------------
//    LED
//---------------------------------------------------------------
    reg    [23:0]    ledCnt;

    always@ (posedge CLK25M or posedge RST) begin
        if(RST)begin
            ledCnt[23:0] <= 24'd0;
        end else begin
            ledCnt[23:0] <= ledCnt[23:0] + 24'd1;
        end
    end

    assign    LED[7]    = ledCnt[23] & ledCnt[22];

これは、点滅している LED の記述だな～。

えーと、肝心の TCP は、どこかな。

  SiTCP(
    .CLK          (CLK25M          ), // in : System Clock
    .RST          (RST             ), // in : System reset

    （略)

  // User I/F
    
    （略）
    
  // FIFO I/F
    .TCP_RX_WC    (TCP_RX_WC[15:0] ), // in : Rx FIFO write  
    .TCP_RX_WR    (TCP_RX_WR       ), // out: Write enable
    .TCP_RX_DATA  (TCP_RX_DATA[7:0]), // out: Write data[7:0]
    .TCP_TX_FULL  (TCP_TX_FULL     ), // out: Almost full flag
    .TCP_TX_WR    (TCP_TX_WR       ), // in : Write enable
    .TCP_TX_DATA  (TCP_TX_DATA[7:0]), // in : Write data[7:0]

    （略）
  );

//---------------------------------------------------------------
//    TCP loopback FIFOl
//---------------------------------------------------------------

  assign    TCP_RX_WC[15:11] = 5'b11111;

  sitcp_fifo    sitcp_fifo(
    .clk          (CLK25M              ),
    .rst          (TCP_OPEN            ),
    .data_count   (TCP_RX_WC[10:0]     ),
    .full         (),
    .wr_en        (TCP_RX_WR           ),
    .din          (TCP_RX_DATA[7:0]    ),
    .empty        (sitcpFifoEmpty      ),
    .rd_en        (sitcpFifoRe         ),
    .dout         (TCP_TX_DATA[7:0]    ),
    .valid        (TCP_TX_WR           )
  );

  assign    sitcpFifoRe = ~TCP_TX_FULL & ~sitcpFifoEmpty;

お、TCP 関連の記述を発見！
TCP の受信と送信を FIFO を介して繋いでいるんだな～。
ということは、受信したものがループバックして送信されるのか～。

それじゃ～、受信しかない SiTCP Utility では、確認できないなぁ～。
どうすればいいんだろう。
プログラムを用意しないといけないのかな。
もっと、手軽な方法はないのかな～。

Dr.Bean に聞いてみよう！

Dr.Bean · May 2019

そうじゃの～。
telnet で接続して、echo が返ることを確認するのが良いじゃろう。
telnet コマンドは、デフォルトで port 番号 23 を使うのじゃが、
指定することも可能なのじゃよ。
指定の仕方は、コマンドのヘルプででも調べるのじゃな。

mamehachi · May 2019

そっか～。
telnet で、確認できるのか～。
さて、コマンドプロンプトを起動しよう。

telnet -h で、分かるかな～。

なるほど、アドレスの後にポート番号を書けばいいんだな。

telnet 192.168.10.16 24

おー、ちゃんと echo が返ってきている。

一応、TCP での通信の確認は出来たな～。
かなり低速でだけど

そうだ、UDP のソースも見てみよう！

XC3A_SK_SiTCP¥Src¥S3A_SK_SiTCP.V

を見てみると...

//--------------------------------------------------------------
//    Slow control
//--------------------------------------------------------------
  RBCP_REG    RBCP_REG(
    // System
    .CLK         (CLK25M         ),  // in  : System clock
    .RST         (SiTCP_RST      ),  // in  : System reset
    .LED         (LED[6:0]       ),  // out : LED[6:0]
    .DIP_SW      (SW[3:0]        ),  // in  : DIP_SW[3:0]
    // RBCP I/F
    .RBCP_ACT    (RBCP_ACT       ),  // in  : Active
    .RBCP_ADDR   (RBCP_ADDR[31:0]),  // in  : Address[31:0]
    .RBCP_WE     (RBCP_WE        ),  // in  : Write enable
    .RBCP_WD     (RBCP_WD[7:0]   ),  // in  : Write data[7:0]
    .RBCP_RE     (RBCP_RE        ),  // in  : Read enable
    .RBCP_RD     (RBCP_RD[7:0]   ),  // out : Read data[7:0]
    .RBCP_ACK    (RBCP_ACK       )   // out : Acknowledge
  );

//--------------------------------------------------------------

となっているな～。
このモジュールを見れば、分かりそうだ。

XC3A_SK_SiTCP¥Src¥

にあるもうひとつのファイルが、それだな～。

RBCP_REG.v を開いてみよう！

このソースも短いから理解できそうだ。

//--------------------------------------
//    Read data mux.
//--------------------------------------
    reg        [7:0]    muxRegDataA        ;
    reg                muxRegAck        ;

    always@ (posedge CLK) begin
        case(regAddr[3:0])
            4'h0:    muxRegDataA[7:0] <= X00Data[7:0];
            4'h1:    muxRegDataA[7:0] <= X01Data[7:0];
            4'h2:    muxRegDataA[7:0] <= X02Data[7:0];
            4'h3:    muxRegDataA[7:0] <= X03Data[7:0];
            4'h4:    muxRegDataA[7:0] <= X04Data[7:0];
            4'h5:    muxRegDataA[7:0] <= X05Data[7:0];
            4'h6:    muxRegDataA[7:0] <= X06Data[7:0];
            4'h7:    muxRegDataA[7:0] <= X07Data[7:0];
            4'h8:    muxRegDataA[7:0] <= X08Data[7:0];
            4'h9:    muxRegDataA[7:0] <= X09Data[7:0];
            4'hA:    muxRegDataA[7:0] <= X0AData[7:0];
            4'hB:    muxRegDataA[7:0] <= X0BData[7:0];
            4'hC:    muxRegDataA[7:0] <= X0CData[7:0];
            4'hD:    muxRegDataA[7:0] <= X0DData[7:0];
            4'hE:    muxRegDataA[7:0] <= X0EData[7:0];
            default:muxRegDataA[7:0] <= X0FData[7:0];
        endcase

        muxRegAck        <= regCs & (regRe | regWe);
    end

データが16個あって、アドレス0から順に割り当てられているんだな。

  assign  {X00Data[7:0],X01Data[7:0],X02Data[7:0],X03Data[7:0]} = `FPGA_VER;
  assign  {X04Data[7:0],X05Data[7:0],X06Data[7:0],X07Data[7:0]} = `FPGA_ID;

  assign  X08Data[7:0] = regX08Data[7:0];
  assign  X09Data[7:0] = {4'd0,DIP_SW[3:0]};
  assign  X0AData[7:0] = regX0AData[7:0];
  assign  X0BData[7:0] = regX0BData[7:0];
  assign  X0CData[7:0] = regX0CData[7:0];
  assign  X0DData[7:0] = regX0DData[7:0];
  assign  X0EData[7:0] = regX0EData[7:0];
  assign  X0FData[7:0] = regX0FData[7:0];

お、書き換えられなかったところは、Version と FPGA の ID 表示だったのか～。
X09Data[7:0] に DIP SW の内容が代入されているぞ。
アドレス 9 だけ、値が 0x00 で不思議だったんだよな～。
後で、DIP SW の値を変えて、試してみよう！

//--------------------------------------
//    Sig. assignment for outputs
//--------------------------------------
    wire    [6:0]    LED;

    assign    LED[6:0]    = X08Data[6:0];

X08Data[6:0] が、LED に代入されている。
確かに、アドレス 8 の値に書き込んだら LED の表示が変化していたな～。

他のアドレスは、レジスタ接続されているんだ。

よし、大体理解できたぞ。

DIP SW を試してみよう！

DIP SW の値を変更して...

SiTCP Utility で、[制御(UDP)] を選択して、[読み出し] をクリック。

Image: http://sitcp2.bbtech.co.jp/uploads/editor/0p/2b5kdy3pd5t4.jpg

0x00 から 0x05 に変わりました。
ちゃんと、DIP SW の値が反映されているな～。

SiTCP の一通りの機能を確認できました～。
まだまだ、これからですが、SiTCP と FPGA に関する理解が深まったような気がします

スタータキット編は、今回をもって終了です。

また、何かに挑戦するときに、お会いしましょう！

スターターキット編

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