無料のモデル発見！ FPGA＋外付けSDRAMの丸ごとシミュレーション

FPGA 入門コーナ
MAX10
フル活用！
プローブも当てられない数十本の
高速信号のタイミングをバーチャル解析！
無料のモデル発見！
FPGA＋外付けSDRAMの
丸ごとシミュレーション
岩田利王
FPGA を使った製作では，いろいろな機能を
FPGA 内部と基板上に実装するので，正しく動作し
ないときにどこに問題があるか解析する（デバッグ）
のときに，次のような問題がある場合もあります．
●
高速動作のため手持ちの測定器で測定できない
●
小型基板に実装したのでテスト出力端子がない
原因の見当がつかず一つずつ確認する必要がある
例えば，FPGA と SDRAM（Syncronous Dynamic
Random Access Memory）の通信がうまくいってい
なさそうだ…というとき，数十 MHz かつ多数の信
号で動作する FPGA−SDRAM 間をどう確認すれば
いいでしょうか？
このような場合に，基板上の部品を HDL 記述で
モデリングし，FPGA にコンフィグレーションした
RTL とシミュレーションすると，原因が分かった
り，問題を再現できたりすることはたくさんありま
す．SDRAM やシリアル通信するような IC のモデ
リングは大変ですが，無料で使えるモデルを配布し
ているサイトがあります．
本稿では，本誌 2015 年 11 月号の CMOS カメラ・
モジュールからの画像を HDMI でパソコン用のデ
ィスプレイに出力する装置（写真 1）を題材に，配布
されているモデルを使った SDRAM と，FPGA の通
Toshio Iwata
SDRAM
（IS42S16400J-7TL，ISS）
CMOSカメラ・
モジュールを繋ぐ
CMOSカメラ・
モジュール
（aitendo）
●
信をシミュレーション解析してみましょう．
〈編集部〉
● SDRAM の中で何が起こっているかもわかる
測定器を使う場合，基板上にない信号，例えば
FPGA や SDRAM の内部信号は観測することができま
せん．それに対し，論理シミュレーションでは図 1 の
ように SDRAM を含んだ状態で行うことができるの
で．SDRAM 内部の信号も観測できます．
SDRAM は，初期化にコマンド・シーケンスが必要
な上に高速に動作させる場合が多く，その扱いには手
を焼くものです．サイクル数やタイミングの規定など
も細かく，SDRAM がコマンドを受け付けたかどうか，
2016 年 5 月号
FPGAボード
BeMicro MAX 10
（Arrow Electronics）
HDMIケーブル
DE0-EXT1
（CQ出版）のHDMIコネクタで出力
写真１ FPGA で SDRAM を使うアプリケーション例
本誌 2015 年 11 月号で製作したフル・ディジタル・ムービ・カメラ
その内部のステートはどうなっているのかなど，外部
からはなかなか確認できません．SDRAM を使うよう
な複雑な回路の開発には，論理シミュレーションはほ
ぼ必須といえます．
● シミュレーションで動かないものは実装しても動
かない
画像処理回路のような複雑な回路の場合，FPGA へ
の実装は SDRAM がシミュレーション上で動くのを確
認してからにしましょう．シミュレーション上で動か
ないものを FPGA に実装しても，動く可能性はほと
んどありません．
SDRAM を含めたシミュレーションによって，論理
的な問題をほぼ解決でき，あとは実機でのタイミング
のずれの問題が残るくらいにまで追い込めます．その
結果，論理シミュレーションを使うと基板上で起こっ
た問題が電気的な問題なのか，そもそも FPGA の設
計が問題なのかを切り分けることができます．
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