uSDCONF1ANOR

受注生産（納期：約７週間）

uSDCONF1A03の大きさで、NORFlashを搭載した
FPGAコンフィグレーションモジュール
uSDCONFの基本コンセプト
メリット１(NORFlashで保持時間改善、高速100Mbyte/s転送)
メリット２(簡単操作・高速書き込み)
メリット３(デバッグに威力発揮)
メリット４(使いまわし・移植性)
メリット５(モジュールのアップデート機能)
機能詳細
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uSDCONFの開発経緯とその効用

FPGAを用いたシステムの開発を長年行ってきて、常々不便に感じていたことに、
①コンフィグレーションにあまりに時間がかかりすぎる。
②それに付随して、前のVerと動作を比較したいとき、バイナリデータを往復で書き換えなければならない。
の２点がありました。
これらを解決すべく. . .

	これらを解決すべく、下記の３点を基本コンセプトにuSDCONFソリューションを開発しました。 ①簡単に操作できること。 ②書き換えに時間がかからないこと。 ③複数のバイナリファイルを取り扱えて、瞬時に切り替えが可能なこと。以下、その効用などを列挙してみました。

◇	右図はデバッグではお馴染みのバグ成長曲線です。デバッグを始めた初期は基本機能の確認や設備の不慣れで緩やかな立ち上がりですが、中盤にバグの検出が集中し、終盤は緩やかに漸近線に近づいていきます。グラフがしっかりねれば、ようやく製品出荷となります。
◇	さて、FPGAを使ったシステムにおいて、このグラフをもっと俊敏に立ち上げることはできないのでしょうか。デバッグ作業においては、 ①RTL修正 ②シミュレーション検証 ③コンパイル ④コンフィグレーション ⑥実動作検証の一連の作業を、グラフがしっかりとねるまで延々と繰り返します。
	これらの５つの作業に要する時間を短縮すること、回数そのものを減らすことができれば、グラフはもっと俊敏に立ち上がり、より早く漸近線に近づけることができることでしょう。 uSDCONFはこれら５つの作業のうちの④のコンフィグレーションと⑤の実動作検証の時間および質を改善させるのに貢献します。
◇	まず④のコンフィグレーション時間の短縮については、メリット１で紹介してある、簡単操作・高速書き込み機能により実現できます。既存のシステムでは、JTAGケーブルによってROMにコンフィグレーションデータを書き込んでおり、ケーブルのセットアップから転送完了まで１０分以上要してしまいますが、microSDCardを採用することで、バイナリデータを数十秒で書き込むことが可能となり、それを数秒でシステムに移し替えることができるので、大幅な時間短縮が図れます。 FPGAの論理サイズも日々巨大化し、現時点でもバイナリデータが数十メガバイトと膨れ上っており、microSDCardを媒介とすることは、有益な方法の１つといえるでしょう。
◇	次に⑤の実動作検証の時間短縮及び質を高める手段はメリット２で紹介してある機能により改善できます。実動作検証で発見されるバグは、シミュレーション検証をかいくぐってきた厄介な代物です。シミュレーション検証でこのバグを潰すには、その発生メカニズムを把握し、それをシミュレーションで再現してあげない限り、シミュレータの画面にその姿を現わすことはないでしょう。厄介なバグになると、例えば電源投入１万回に1回現れるといった代物です。ごく稀の現象も、システムが１００万台出荷されれば、最初の電源投入時だけでも１００台のシステムでその症状が現れることになります。この症状を捕えるためには、過去のVer間の出現頻度の差を見て相関性を把握する必要があるでしょうし、様々なトラップ回路を埋め込んだバイナリデータを準備して、その出現をしっかりと捕える方法などが考えられます。このような手段の実現に、uSDCONFのロータリーＳＷによるバイナリデータの選択機能は威力を発揮します。 microSDCard上に過去のVerのバイナリデータや、様々な想定のもと、トラップ回路を埋め込んだバイナリデータを複数準備しておくことにより、ロータリーSWの設定を変えて再コンフィグレーションを繰り返すことにより、思考の中断をすることなく、まるで残像を比較するかのようにアプローチして、効率的にバグを捕えることが可能になるでしょう。

◇	これら２点の効用は、バイナリデータのサイズにもよりますが、１回のターンアラウンドで１０分以上の時間短縮が図れるでしょう。この効果はターンアラウンド回数を掛け合わせただけ現れます。また、デバッグの作業に関わっているリソース数に対して現れます。このように人件費の削減に大きく貢献することでしょう。また、早期の売上確保にも貢献することでしょう。


	以上、uSDCONFの効用はご理解いただけましたでしょうか。

	もう、基板が上がってきているから、今回は採用できないや、とか、
	次の案件はまだ先だから、そのとき考える、とか、よく耳にします。

	でも大丈夫。モジュールですから。
	既製品の基板に対しては、ROMを取り外して、あるいはROMを実装する代わりにuSDCONFをジャンパ配線する方法を提案します。
	また、次の案件までに時間が取れるのなら、今のうちに試してみて、リスクと見なされている内容をクリアして下さい。

	一度使っていただくと、手放せなくなること請け合いです。

NORFlashで保持時間改善、高速100MByte/s転送、

◇	uSDCONF1ANORモジュールでは、マイクロSDCardの他に、二次記憶媒体として2Gbit 16bit幅NORFlashを1個搭載しています。マイクロSDCard上のバイナリデータを、一旦NORFlashに転写することにより、FPGAへの転送を、最大100MBypte/sの高速で行うことが可能です。
◇	NORFlashに転送することで、NandFashやSDCardの、５～１０年でデータが消えてしまう保持時間の問題もクリアされます。
◇	バイナリファイルをマイクロSDCardからNORFlashへ転写後は、マイクロSDCardは不要なため、未装着で運用が可能です。これにより、マイクロSDCardの盗難の心配もなくなり、AESの併用でバイナリファイルのハッキングも遮断できます。
◇	BPIモードでFPGAに直接NORFlashを実装する場合、コンフィグレーションのためだけに、アドレス線だけでも25本前後のIOピンを消費してしまいます。 uSDCONF1ANORに置き換えることにより、FPPやSlaveSelectMAPからコンフィグすることにより、アドレス線に消費していたIOを別用途で使用したり、パッケージサイズを小さくできる可能性も生まれます。また、FPGA近辺のパターン配線密度を軽減できますので、基板の層数を減らしたり、ノイズ耐力の確保に貢献します。

簡単操作・高速書き込み

◇	バイナリファイルの書き込みは、WindowsのExploler上でマイクロSDCard(リムーバブルディスク)にマウスでDrag&Copyするだけで、高速に行えます。
◇	あとはバイナリファイルを書き込んだマイクロSDCardをモジュールのソケットに挿入するだけです。
◇	JTAGケーブルを接続する煩わしさ>や、転送が終わるまで、数十分の間待つ必要がありません。デバッグ中の思考の中断を最小限に抑え、効率のよいデバッグ環境を構築できます。
◇	ソフト開発担当者も簡単にバイナリファイルのアップデートが行えます。
◇	バイナリファイルのアップデートが簡単なため、メールやFTPによりバイナリファイルを受け渡すことにより、遠隔での作業指示が可能になり、ハード開発担当者の負荷を軽減します。
◇	遠隔保守にも最適。マイクロSDCardを送って差し替えてもらうだけです。

デバッグに威力発揮

◇	マイクロSDCardは大容量であるため、大規模FPGAのバイナリファイルを複数保存することが可能です。最大１６個のバイナリファイルとロータリースイッチ情報(4ビット)をルートディレクトリ上に準備された制御用のファイル(CONFIG.TXT)上で関連付けを行います。これにより、ロータリースイッチの操作で瞬時に所定のバイナリファイルを選択することが可能になります。制御用ファイル(CONFIG.TXT)は、テキストエディタで簡単に編集できます。
◇	これにより、デバッグ時の版数間の差分も実機上で簡単かつ瞬時に比較確認することができるのです。
◇	デモ機に適用すると、ロータリースイッチによる選択操作で簡単にアプリケーションを切り替えることが可能になり、お客様を待たせることなく、多彩なアピールを展開することが可能になります。

使いまわし・移植性

◇	付属のソケットを使用して実装することにより、プロジェクトが終了した後に取り外しが可能となり、モジュールを使いまわすことができます。
◇	Xilinx,ALTERA問わず使いまわすことが可能です。
◇	後述のアップデート機能により、FPGAの世代をまたいでの使いまわしも可能となるでしょう。

モジュールのアップデート・アップグレード機能

◇

mSD-Adapterと所定のJTAGケーブルを用いることにより、弊社ホームページから機能改善や機能アップされた最新のビットファイルをダウンロードして、モジュール自身の機能をアップデートすることが可能です。

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一部機能をモディファイする特注も承ります。

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現在、書き込みの確認が取れているJTAGケーブルは以下の通りです。
Third Party品など、随時、動作確認が取れ次第UPしていきます。
弊社オリジナル品も準備中です。

Part Number	Maker	Interface	Software	Note
HW-USBN-2A	Lattice	USB	ispVM(free)
HW-DLN-3C	Lattice	Parallel	ispVM(free)

ただいまホームページ開設準備中です。

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RoHS対応品です。

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本モジュールはmicroSDCardを媒体として、WindowsシステムによってCardに記憶されたバイナリデータをFPGAに転送してコンフィグレーションを行う機能を供します。

◇

microSDCardには、最大2GBまでのFAT16でフォーマットされたCardを使用でき、容量の許す限りバイナリデータを格納することができます。
(FAT32でフォーマットされたmicroSDCardや、2GByteを超えるSDHCには現状対応していません。)

◇

Xilinx,AlteraのFPGAのコンフィグレーションが行えます。

◇

二次記憶媒体として、2GBitのNORFlashを搭載しています。
これにより、FPGAへの転送を最大100MByte/sで行うことが可能です。
また、NandFlashやSDCardで問題となる、5年から10年でデータが消えてしまう保持時間の問題もなく、製品寿命の長い装置での連続稼動も可能となります。

◇

BPIモードからの置き換えで、アドレス線25本前後が開放され、IOを別用途に割り振ったり、FPGAパッケージサイズを小さくできる可能性がでてきます。
また、FPGA周りの配線容量を減らす効果があるため、基板層数を減らしたり、ノイズ耐力に貢献します。

◇

microSDCardへのバイナリデータの書き込みは、Windowsシステム上のExplorer上でDrag & Copyするだけで簡単に行えます。JTagケーブルを接続する煩わしさがありません。

◇

microSDCard上に格納する”CONFIG.TXT”の名称のアスキーキャラクタで記述された制御ファイルにより、FPGAに転送するバイナリデータの選択や、コンフィグレーションに関する各種パラメータを指定することが可能です。

◇

“CONFIG.TXT”の先頭で、メーカ指定コマンドを入力すると、そのメーカに固有のパラメータ値をデフォルトとして設定することが可能です。

◇

microSDCard上に格納されたバイナリデータは、“CONFIG.TXT”上で、バイナリデータ名とAREA[3:0]ピンによって指し示される０～Fの１６個の16進数文字と関連付けを行うことにより、AREA[3:0]ピンに接続されたロータリSW設定により、最大１６個のバイナリデータを瞬時に選択し、FPGAをコンフィグレーションすることが可能です。

◇

本機能は、例えばデバッグの場面で開発段階の複数のバージョンのバイナリデータの動作比較や、デモの場面で複数のアプリケーションを瞬時に切り替えてデモンストレーションする場面などで威力を発揮します。

◇

microSDCardとのインタフェースは50MHzのHighSpeedモードで転送を行います。
microSDCardからFPGAへのコンフィグレーションのデータの実効速度は200Mbps未満となります。
NorFlashに一旦転写することにより、最大100MByte/sの高速転送が可能です。

◇

FPGAへの転送バス幅を1bitと8bitから選択することが可能です。(MODEピン参照)
◇microSDCardからFPGAへのSlave Serial(Passive Serial)によるコンフィグレーション。
◇microSDCardからFPGAへのSlaveSelectMAP8(FPP)によるコンフィグレーション。

◇

FPGAへの転送クロック(CCLK(DCLK)出力)は、”CONFIG.TXT”で指定することにより、下記の速度から選択可能です。
50MHz(デフォルト),25MHz, 12.5MHz, 8.33MHz, 6.25MHz,5MHz, 3.125MHz,
1.56MHz, 0.78MHz, 0.39MHz, 100MHz

◇

ワードアライナ機能をCONFIG.TXT上で有効にすることにより、XilinxのbitファイルやAlteraのPOFファイルの先頭にある管理情報を読み飛ばし、32個のFFから転送を開始すことが可能です。
これにより、バイナリデータとして、XilinxのbinファイルやAlteraのRBFファイルは本よりbitファイル、POFファイルも指定できます。

◇

0から15回のコンフィグレーションのリトライ回数が指定できます。

◇

バイナリデータの先頭にプリアンブルを挿入したり、バイナリデータの最後にポストアンブルを可変長で挿入することが可能です。

◇

PROGB(nCONFIG)の立ち上がりからINITB(nSTATUS)の立ち上がりまでの間隔や、INITB(nSTATUS)の立ち上がりからCCLK(DCLK)の出力開始までの間隔を指定することが可能です。

◇

複数のFPGAをデイジーチェインさせたシステムにも対応可能です。

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出荷品構成
1	uSDCONF1ANOR本体
2	2Gbyte uSDCard(動作確認済）(Datasheet,config.txtのサンプル添付)
3	乾燥剤＋静電袋＋ブリスターケース