よろしいならばダイナミック点灯だ――FPGAでLEDをダイナミックにLチカさせる：MAX 10 FPGAで学ぶFPGA開発入門（5）（6/6 ページ）

[大原 雄介，MONOist]

オシロでタイミング測定

　さて、これでプログラム的には動いたのだが、タイミング的にはどうだろう（普通はまず設計段階でタイミングを見るわけだが、あえて逆にまず実際の動作の状況を見ることにする）。

　下のPhoto03はLEDの4・9番ピン（小数点）の信号をオシロスコープで見てみたところ。トリガーは信号の立下りである（アノードコモンなので、Levelが0になるとLEDが電流に流れるため）。右下にあるように、Periodは4.000msとなっている。8つのセグメントを4.000msごとに更新するということは、1つのセグメントあたり0.500msごとに更新しているということで、これはプログラム通りの結果になっていることが分かる。

Photo03:ちなみにオシロスコープ本体の方で細かく情報を表示させると、信号がOffになっている期間は平均0.496msということで、きっちり0.5msにはならない模様。とはいえ、ぎりぎりまで発光していることが分かる

　この工作程度だと「これでOK、万々歳」ということになるのだが、複雑なロジックを組んでいると、そもそも「全部作ってから動かしてみる」のではなく、部分的に作りこんで動作を確認してから次の部分に、という作り方をするのが一般的である。また、今回は最終的に外部に出てきている信号で成否を判断したが、内部ロジックの検証などでは外部の信号が使えない場合も珍しくない。

　こうした場合に利用できるのがシミュレーションである。幸いにもQuartus IIには無償版ながらシミュレーションツールが利用可能である。起動するとこんな画面になるので（Photo04、05）、作業中のプロジェクトを選ぶと、実際にデザインの中身が見える（Photo06）。今回はClock信号とArduino_IO4〜13を表示させてみる（Photo07）。ただこの状態だと/top/ClockがHi-Z状態で進まないので、ここにClock信号を入力する（Photo08、09）。

Photo04 利用しているVersion 15.0の場合、Tools → Run Simulation Tool → RTL Simulationで起動できる。

Photo05 一番左が用意されているさまざまモデリングツール。今作業している内容は上から2つ目の"rtl_work"に含まれている。

Photo06 rtl_workの下の"top"（これはプロジェクトによって名前が違う。今回筆者は起動するmodule名を"top"のままにしたからこの名前になる）をダブルクリックする

Photo07 Objectsから表示させたい信号を選んで右クリック→"Add Wave"である

Photo08 Clock信号を右クリック→"Clock..."を選択

Photo09 この状態だと周期100cycle（＝100ps＝10GHz）での動作になるので、Periodを20000（＝50MHz）に指定する

　ついでにメニューから「Simulate」→「Runtime Option」を選んで、1回に実行される時間を100psから100msまで増やしておく。これが終わったら、メニューの「Simulate」 → 「Run」 → 「Run 100」を選ぶと、Waveがこんな風になるはずだ（Photo10）。

Photo10 真ん中の"Default Run"が標準だと100psなのでここを書き換える

　このままだとちょっと見にくいので、上の縮小ボタンなどを使って、先頭から2msほどを表示させたのがこちら（Photo11）。カーソルの位置からも分かる通り、キチンと0.5msごとに出力信号が変化していることが分かる。今回は省くが内部レジスタやWireの値などを同様に表示することも可能であり、シミュレーション上も正しく動作することが検証された形だ。

Photo12　最初の0.5msに信号が表示されないのは、disp_cntlに値を初めて設定するのが最初の0.5ms目だからで、それまではHi-Z扱いになる。本当はちゃんと初期化していればいいのだが

　次回はちょっと別のことをご紹介したい。

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