中京大学電気電子工学科
ディジタル回路とＨＤＬ

実習

実習指導書

この指導書の手順に従って実習を進めてください．また，毎週の実習当日中にMaNaBoから報告を行ってください．

実習指導書（２０２３年度版）

なお，参考に貸し出すテキスト「FPGAチャレンジャー」（表紙が青色の本）には正誤表が添付されていますので，修正箇所に注意しながら実習を進めてください．
（テキストの訂正情報（中京大学追記版）, 追加訂正版）

開発ツールのインストール方法

実験室のPCにインストールされている開発ソフトウェアのインストール方法です．
自宅や各自が持参するWindows PCにインストールして自習することができます．

（ALTERA社がINTEL社に買収され，ソフトウェア名称も「Quartus II Web edition」から「Quartus Prime ライト・エディション」に変更されました．２０２２年１１月現在のインストール方法は次の通りです．

QuartusII インストール方法（2023年11月22日版）

なお，Qualtusの最初の起動時にウィンドウが現れることがありますが，「Run the Qualtus II software」を選択してください．（正規版の購入やIPの追加は選択しないようにします）

最新バージョンのWindows11やWindos10等，Windowsのセキュリティ設定が厳しいＰＣの場合は，ドライバのインストールに失敗する場合があります（「USB Blaster」が見つからず．「No Hardware」になります）．
そのときは，Quartus等をすべて終了させて，以下パッチ（修正プログラム）「quartus-0.0-0.02i-windows.exe」を実行した後，ドライバをインストールしなおしてください．
（実行時に入力する「インストールフォルダー」は，一般に「C\:altera\quartus\13.0sp1\」を指定します）
（問題なくドライバがインストールできた人はパッチを適用する必要はありません）

quartus-0.0-0.02i-windows.exe

必要なソフトウェアがインストールされている中京大学内のPC教室

６号館３階の電気電子工学回路実験室のパソコンはもちろん，大学のコンピュータ演習室とコンピュータ自習室（センタービル５階，１号館４階）にもQuartus Prime Lite editionとModelSimがインストールされています．各自のPCにインストールできない場合に利用してください．
（コンピュータ自習室を使用するときは、スタッフに「理系用ソフトが入ったPC」を指定しないと、 Quartus Primeがインストールされていないパソコンに誘導されるので注意してください）

（参考）FPGAボード上の不揮発性メモリに設計データを書き込む方法（ROM化）

通常は，コンパイルによってSRAMオブジェクトファイル(.sof)を生成し，ProgrammerでFPGAへ書き込みます．この場合，電源を切ると揮発性のSRAMへの書き込みのため，書き込んだデータを失ってしまいます．
DE0-nanoFPGAボードは，不揮発性メモリが搭載されおり，SRAMオブジェクトファイル(.sof）をJTAG indirect configurationファイル（.jic）に変換して書き込むことで電源を切っても回路情報を記憶しておくことができます．

.jicファイルの作成
1. あらかじめプロジェクトをコンパイルし，.sofファイルを生成しておく
2. FileメニューからConvert Programming Filesを選択
3. Programming file type欄でJTAG Indirect Configuration File(.jic)を選択
4. Configuration device欄でEPCS16を選択
5. File name欄で任意の書き出しファイルを記入（デフォルトのoutput?_file.jicのままで構わない）
6. Input files to convert欄のSOFデータをクリックしてハイライトさせる
7. Add Fileボタンをクリックし，「Select Input File]ダイヤログで元となる.sofファイルを指定する
8. Input files to convert欄のFlash Loaderをクリックしてハイライトさせる
9. Add Deviceボタンをクリックし，「Cyclone IV E」の「EP4CE22」をチェックする
10. Generateボタンをクリックして.jicファイルを生成する
.jicファイルの書き込み
1. ToolsメニューからProgrammerを選択してProgrammerを起動させます
2. 一覧に.sofファイルが残っている場合にはDeleteボタンをクリックして削除しておく
3. Add File...ボタンをクリックし，書き込みたい.jicファイル（先ほどのoutput_file.jic）を選択します．
4. Program/Configureの項目にチェックを入れる（他の項目はチェックを入れる必要はない）
5. Startボタンをクリックして.jicファイルをFPGAに転送する
6. Progressが100%になるまで待つ
7. FPGAボードのUSBケーブルを抜き差しして，電源を入れなおすと.jicファイルが読み込まれて起動する

FPGAボード初期化の方法

実習終了時には，上記またはFPGAチャレンジャーp.38以降に記載された方法で不揮発性メモリに書き込んで保存し，次の人のための初期化を行ってください．

ＦＰＧＡボード初期化データ

実行ではなく，デスクトップ等に保存して利用します．保存後，実行してファイルを展開します．

DE0-nano初期化ファイル（ZIP)

初期化の手順

上記の初期化ファイルをデスクトップ上にダウンロードする
ダウンロードしたファイルを右クリックして，デスクトップ上に展開する
パソコンにFPGAチャレンジャー（FPGAボード）をUSB接続する（接続は机上のケーブルを使用）
パソコンでQuartusIIを起動しプロジェクトファイル（DE0_NANO.qpf）を開く
ProcessingメニューからStart Compilationをクリックし，コンパイルし，.sofファイルを作成する
上記の「FPGAボード上の不揮発性メモリに設計データを書き込む方法（ROM化）」に従って.jicファイルを作成し，.jicファイルをFPGAボードに書き込む
FPGAボードのUSBケーブルを抜き差しして電源を入れなおし，LEDが左右にブリンクする初期動作を確認する
初期化が完了したら，パソコン上に一時的に保存した初期化データをフォルダごと削除します．

（参考）最新のQuartus Primeのインストールについて

こちらの情報を参考にして上位バージョンのQuartus Primeをインストールすることも可能です（ただし，操作方法等が多少異なりますが，ほとんど同じです）

2022.11.22.
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