FPGA設計の基礎とVerilog HDLによる回路設計への応用および設計トラブル未然防止

FPGAは自由にプログラミング可能なIC (集積回路) です。最近ではエッジコンピューティングへの応用やハードウェアの高性能化などにより、今後益々FPGAの使用頻度が高くなっていくことが予想されます。しかしながら、マイコンのソフトウェアのプログラミングとは異なり、FPGAはデジタル回路をプログラミングで実現するICであることから、デジタル回路の知識がなければFPGAを設計することができません。 　本講座ではFPGAの概要や設計手順を解説しながら、FPGA設計のポイントや注意点を説明します。そして、デジタル回路の基礎を講義した後で、そのデジタル回路をverilog HDLで設計するための講義を入門編と応用編に分けて解説します。講義の最後にはアップダウンカウンタを例題とした演習を用意しており、演習を通じてインテル社のFPGA設計ツールやシミュレータの使用方法をデモで実演しながら解説します。初心者の方でもFPGAの設計スキルを一日で習得でき、ご自身の設計業務にすぐに活用できるため、大変お勧めです。

1. FPGAの概要
   1. FPGAの構成要素
   2. FPGAの種類
   3. FPGAの回路実装
2. FPGA設計の手順
   1. FPGA設計のフローチャート
   2. コーディング
   3. 論理合成
   4. レイアウト
   5. 実機検証
   6. 大規模回路の有効な設計手法
3. FPGA設計のポイントと注意点
   1. FPGA設計のポイント
      1. トップダウン設計
      2. 階層設計
      3. タイミングチャート
      4. ステートマシン (状態遷移) など
   2. FPGA設計の注意点
      1. メタステーブル
      2. 非同期設計
      3. チャタリング・遅延対策
4. 論理回路の基礎
   1. 組み合わせ回路
   2. 同期回路
      1. フリップフロップ
      2. セットアップ・ホールド時間
5. Verilog HDL入門編
   1. モジュール構成
   2. 組み合わせ回路
   3. 順序回路
6. Verilog HDL応用編
   1. 組み合わせ回路
      1. 演算ロジック回路
      2. セレクタ回路
      3. エンコード回路
      4. デコード回路 など
   2. 順序回路
      1. トグルカウンタ
      2. シフトレジスタ
      3. 10進カウンタ
      4. 非同期リセットと同期リセット など
7. 【デモ】アップダウンカウンタの設計
   1. アップダウンカウンタの仕様設計
   2. アップダウンカウンタのコーディング
   3. アップダウンカウンタのシミュレーション
   4. 設計ツール (Quartus Prime) の使用方法
   5. タイミング検証ツール (Timing Analyzer) の使用方法
   6. シミュレータ (ModelSim) の使用方法
8. Q&A