［VOD/KIT/data］
新人技術者のためのRISC-V CPU設計 初めの一歩
C言語完全対応！HDLソース 500行のミニCPUを一緒に作る
- 型名：z-riscvcpu-on1
- 仕様：実習キット，講義723分，解説402頁，実習・開発用ソースコード（Verilog HDL記述ファイル：70本以上，Cプログラム・ソース・ファイル：130本以上）
- 定価：88,000円（税込・送料無料）
- 著者・講師：圓山 宗智
- 企画編集・主催： ZEPエンジニアリング株式会社
- 1人当たり1ライセンスです
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内容物
- Terasic DE10-Liteボード（FPGA：MAX10M50DAF484C7G，64MB SDRAM, 3D加速度センサ，USBケーブル付属）
- メス-メス・ジャンパ（15cm，6本)
- FT234X 超小型USBシリアル変換モジュール
- USBケーブル（TypeA - MicroB）：PCとUSB-UART変換基板の接続用
- ピンヘッダL型1x3
※本セミナで使用するハードウェアの一覧はこちらをご参照ください．
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| 写真1 開発したRISC-Vコアのコンピュータ・システムをFPGAボードDE10-Liteに実装して動作確認 |
概要
本製品では，コンピュータの基本構成からはじめて，オープンな命令セットを持つRISC-V CPUの登場の意味と，その最も基本的な命令セットRV32Iを学びます． RISC-Vのソフトウェア開発環境を立ち上げ，アセンブラまたはC言語によるプログラムの作成方法を習得します．
RV32I基本命令を持つCPUの内部アーキテクチャを，シンプルな2～4段パイプライン構成として検討し，その論理設計手法を学びます． 実際に，そのCPUを500行程度のSystemVerilogで記述し，メモリと周辺機能と合わせて一つのコンピュータ・システムとして論理シミュレーションで動作確認します．
最終的にそのシステムをFPAGに実装して，C言語でいろいろなプログラムを作成して動作させてみましょう．
講義を通して，RISC-Vコンピュータ・システムのハードウェアからソフトウェアまでの全般を具体的に理解することができます．
キットに加え，12時間を超えるプロの技術者による丁寧な解説動画と，402頁の講義キスト，実習用ソースが同梱されています．
同梱の説明書(下記)には，講義動画やテキストの視聴を可能にするパスワードが記載されています．
本製品のすべての映像，画像，文書テキスト，ソースコードは著作権法によって厳格に守られています．無許可の転載，複製，転用は法律により罰せられます．
同梱の説明書(下記)には，講義ビデオや講義テキストの視聴を可能にするパスワードが記載されています．
| 動画1 本製品のあらまし |
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| 図1 統合開発環境Eclipseの上でRISC-VのソフトウェアをC言語で開発 | 図2 論理シミュレータQuesta Simで作成したCPUの動作を検証 |
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| 図3 命令パイプライン | 図4 ALU命令のパイプライン構造 | 図5 データパス構造 |
アジェンダ
1日目
(1) コンピュータの数値表現
- 2進数と16進数 / オーバーフロー / 固定小数点 / 浮動小数点 ほか
(2) コンピュータの基礎
- コンピュータがやること / CPU＋バス＋メモリ / 周辺機能 / コンピュータ・システム
(3) RISC-Vの登場
- RISC-Vのインパクト / RISC-V CPUコアを自作する意味
(4) RISC-Vの命令セット
- 命令体系とその拡張性 / RV32I命令の詳細
(5) 論理設計 基礎の基礎
- MCU/SoCとFPGAの違い / CPUの設計フロー / タイミング設計の基本 / ステートマシン / 機能モジュールの設計 / Verilog HDL（信号・順序回路・テストベンチ ほか）
(6) メモリとバス
- メモリ信号とタイミング / バス信号とタイミング / マルチレイヤ・バス
(7) CPUの仕様と内部アーキテクチャ
- CPUの仕様 / 命令フェッチ / 命令デコードと実行 / メモリ・アクセス / ライトバック / パイプライン動作 / 内部構造と動作タイミング / 命令前後の影響とフォワーディング
(8) セミナ提供ファイルの構成
(9) RISC-Vのソフトウェア開発環境
- 環境立ち上げ / 簡単なCプログラムのビルド / Cプログラムの構造とリンク アセンブル・プログラムのビルド / 逆アセンブルによる生成コードの確認方法
| コンピュータの基本構造とデータ転送のしくみ | CPUの命令処理と動作タイミング | ミニRISC-V CPU（mmRV32I-0）のパイプライン制御 |
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2日目
(11) CPUのVerilog記述
- 500行のコードを追いかける
(12) システム全体と周辺機能およびそのVerilog記述
- FPGAシステム全体のブロック図 / 各種周辺モジュール（UART, SPI, I2C）/ PLLマクロIP / チップ・トップ
(13) 論理シミュレーション
- 論理シミュレータQuestraの起動と実行 / テストベンチのRTL記述 / Questraの実行スクリプト / CPU命令の動作検証 / CPU命令動作を波形で追うコツ
(14) コンピュータ・システムをFPGAへ実装
- Quartus Primeの設定 / Quartus PrimeによるFPGAの合成とコンフィギュレーション
(15) 各種CプログラムをFPGAボードで動かす
- LED点滅 / UART通信とprintf() / FPGAボード上の3軸加速度センサの読み取り / TicTacToeゲーム / ベンチマーク Dhrystone / ベンチマーク Coremark / LCDタッチパネルを使った応用例
(16) さらに本格的なCPUを目指すには
- 例外処理と割込み / オンチップ・デバッガ
| EXステージ：各命令の実行制御（デコード→制御信号） | FPGA上に構築するCPUシステムのアーキテクチャ概要 | Dhrystoneベンチマークで見る，HDLソース500行のRISC-V CPU性能 |
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受講対象
- コンピュータ・システムとCPUの内部構成の基礎を学びたい方
- コンピュータ・システムとCPUをFPGAに実装してCプログラムで動作させたい方
講演の目標
- RISC-Vをコアにしたコンピュータ・システムを独自に開発することができる
- セミナで教材に使ったシステムのメモリや周辺機能の拡張ができるようになる
- RISC-Vのさまざまなアプリケーション・プログラムの開発を通して，ハードウェアとソフトウェアを統合したシステム全体の開発能力を取得する
あると望ましい予備知識
- 論理回路の基礎知識
- Verilog記述とSystem Verilog記述の基礎知識
- C言語の基礎知識
受講者が事前に準備するもの
- パソコン：64ビットWindows 11，空きディスク30GB以上，メモリ8GB以上
- 事前インストール（実習前に「RISC_V設計初めの一歩_事前準備編.pdf」を参照してソフトウェアをセットアップすること）
本製品を購入された方へ
講義ビデオと講義テキストの視聴方法は，下記リンク先(青字)をクリックし，本製品同梱の説明書に書かれたパスワードを入力してください．
723分の講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)
『新人技術者のためのRISC-V CPU設計 初めの一歩【1日目】』講義動画.mp4
- 0:00:10 (0) イントロダクション
- 0:05:16 (1) コンピュータの数値表現
- 0:23:34 (2) コンピュータの基礎
- 1:06:43 (3) RISC-Vの登場
- 1:32:54 (4) RISC-Vの命令セット
- 2:31:19 (5) 論理設計 基礎の基礎
- 3:50:25 (6) メモリとバス
- 4:16:35 (7) CPUの仕様と内部アーキテクチャ
- 5:16:25 (8) セミナ提供ファイルの構成
- 5:19:28 (9) RISC-Vのソフトウェア開発環境
『新人技術者のためのRISC-V CPU設計 初めの一歩【2日目】』講義動画.mp4
- 0:00:51 (10) CPUのVerilog記述
- 2:03:19 (11) システム全体と周辺機能およびそのVerilog記述
- 3:09:04 (12) 論理シミュレーション
- 3:57:57 (13) コンピュータ・システムをFPGAへ実装
- 4:55:32 (14) 各種CプログラムをFPGAボードで動かす
- 5:52:57 (15) さらに本格的なCPUを目指すには
講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)
実験・実習用ソースコードとExcelファイル(著作権保護のためパスワードがかけられています)
講師紹介
略歴
- 出身地 ：京都市左京区
- 趣味 ：1978年からマイコン・FPGAを趣味として，論理設計やプログラム開発を楽しむ
- 仕事 ：1986年からマイコンLSI・半導体デバイスの設計に従事
- 執筆活動：2000年からマイコンを絡めた雑誌記事と書籍を執筆
主な著書
雑誌記事 約100本程度執筆
- ARMベース・システムLSI開発の事例研究，Design Wave Magazine 2006年5月号，CQ出版社．
- ARM汎用プロセッサで使える汎用JTAGデバッガを自作する，Design Wave Magazine 2008年6月号，CQ出版社．
- 並列処理プロセッサxCORE徹底研究，インターフェース 2014年11月号～2015年6月号（連載),CQ出版社．
- Cで直叩き！超並列コンピュータGPU全速力，トランジスタ技術 2019年9月号（特集），CQ出版社． ほか
書籍
- 今すぐ使えるH8マイコン基板 初版2010年，増補版2011年，CQ出版社．
- 2枚入り小型ARMマイコン基板 2011年，CQ出版社.
- ARM PSoCで作るMyスペシャル・マイコン 基板付き 2013年，CQ出版社．
- ARM PSoCで作るMyスペシャル・マイコン 開発編 2013年，CQ出版社．
- SHマイコン活用記事全集 2014年，CQ出版社．
- FPGA電子工作スーパキット 2016年，CQ出版社．
- MAX10実験キットで学ぶFPGA＆コンピュータ 2016年，CQ出版社．
- 完全版FPGA電子工作オールインワン・キット 2016年，CQ出版社．
講演の参考文献
- デイビッド・パターソン他，RISC-V原典 オープンアーキテクチャのススメ, 2018, 日経BP
- The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged Architecture Version 20240411
- TDE10-Lite User Manual v1.6, Oct.2018, Terasic Inc.
- Questa SIM Command Reference Manual, Software Version 2023.3, Document Revision 8.3, Siemens