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発表用資料

CPLDの利用

CPLD（complex programmable logic device）の略で、論理回路をプログラムで組むこ とができる。これにより、PICとは比べられない速度が得られる。
利点としては、プログラムの書き換えができるため、デバッグが非常に楽であること
があげられる。論理回路を手配線で組み、しかもデバッグまでするのでは、時間も
コストもかなりかかると推測できる。この点から論理回路をプログラムで書き換えが
可能であることのメリットは非常に大きいことが分かる。

目的

CPLDの利用目的は、PICでは性能（主に速度）的に使用が厳しいデバイスとの接続の際の、
中間デバイスとして用いることである。これを利用した最終段階ではカラー液晶に利用した
いと考えている。近い目標としてはSRAMの制御のために利用することにした、SRAMは、高
速に大容量を読み書きできるデバイスである。今回のCPLDの役割は、・PICだけでは通信不
可能な速度で通信すること・PICのpin数を補うこと。の二つが考えられる。

今回のCPLDの動き

今回はCPLDのプログラムをVHDLという言語を用いて書いた。通信テスト・動作テストを兼
ねて電子工の“Hello World!”であるLEDの点滅を試みた。短いプログラムなので、全部
載せることにした。アルゴリズムは、単純で、

1. 数字を無限にインクリメントし続ける。
2. その数字を２進数で考え２０番目が０ならledを点灯
3. ２０番目が１ならledを消灯させる。 ２０番目は２の２０乗に１回変化するので、８MHZのクロックであるこのボード上では250ms
   に１回LEDが~点滅するはずである。
   

プログラムの説明

VHDL習得希望者はいないと思うので、軽い説明とする。上３行は、C言語でいうincludeと同
じである。この行がif, then, =, +, などの分岐の文や、計算の文を書くために必要である。
Portの（）でくくられたなかに、CPLDの外部との接続を書く。この例ではclkは外部からデー
タを受けている。逆にled_outは外部にデータを出力している。If文のところの意味はクロッ
ク信号が変化して、かつその変化後の値が1の時counterを増やすというものである。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity test is
port(
clk:in std_logic;
led_out:out std_logic);
end test;

architecture Behavioral of test is 
signal counter:std_logic_vector(20 downto 0);

begin
process(clk)
begin
if clk'event and clk='1' then
counter<=counter+1;
end if;
end process;
led_out<=counter(20);

end Behavioral;

これらに興味があれば

なお、ＰＬＤに興味を持ってもらえたならばFPGA,CPLD
Quartus(アルテラ社のＰＬＤ書き込みソフト)
Xilinx IDEにもそれぞれ対応したページが用意してあるので
一度ご覧ください。

• CPLD-Xilinx-WebPack
• FPGA-Altera-Quartus

とあるアドバイスを踏まえて

1. 聴者に分かりにくい専門用語を事前にpick up
   1. 論理回路

      ＡＮＤ素子ＯＲ素子を代表するデジタル回路の基礎。
      信号をhighかlowかで入力値を演算する。
      

   2. SRAM

      高速で通信でき、かつ、比較的容量の大きいメモリ
      

   3. クロック周波数

      論理回路系を使うときにつかう、順番に入出力を行うために
      論理回路にhigh→low→high→lowを繰り返す信号を入力
      する。これをクロックと呼びその速度を周波数であらわす。
      ＰＣのＣＰＵ性能に書かれている周波数もこれのこと
      

   4. インクリメント

      ある値に１を加えること。またはそれを繰り返すこと
      

2. 難しい用語を使わない
   1. 中間デバイス

      あるデバイスとあるデバイス間で通信する際に、間に挟むデバイス。
      今回は、速度の遅いデバイスから速度の速いデバイスに接続する際に
      少しでも速度を上げるために間に中間デバイスをはさんでいる。
      

3. 理解の努力を聴者に投げない
   1. 8MHzのクロックで2真数の20番目を利用すると250msになる

      ８MHzは一秒間に8000000回クロックを動かす。
      2の２０乗は　　2097152でおよそある。
      よって2097152/8000000がおよそ1/4つまり0.25秒つまり250msと
      なったわけである。