Colorlight 5A-75B: 人気の低コストECP5（FPGA）開発ボードを詳しく見る

Colorlight 5A-75Bボードの紹介

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Chris Lasockiによる、人気の低コストECP5開発ボードを掘り下げる

このゲスト投稿は、Chris Lasockiによる2部構成シリーズの第1弾です。第2弾はこちらでご覧いただけます。

LEDディスプレイの汎用部品が、低コストのFPGA開発ボードになってしまったようです。今回取り上げるボードはColorlight 5A-75Bで、いわゆるレシーバーカードです。Lattice ECP5 FPGAを搭載し、Yosysによってサポートされているため、完全にオープンソースのFPGA開発ツールチェーンを活用できます。平均価格は20〜25米ドルで、非常にアクセスしやすいボードです。

Colorlight 5A-75Bは、元々はモジュラーLEDディスプレイ規格の一部でした。これはレシーバーカードであり、ショーを制御するコンピューターとLEDパネル自体の間に配置されます。ビデオ信号を受信し、それに応じてRGBパネルを駆動するという基本的かつ重要なタスクを実行します。これには多くの帯域幅が必要なため、中程度の速度のECP5 LFE5U25-F FPGAと2つのギガビットイーサネットインターフェースが搭載されています。一時ストレージ用の16Mbit SDRAMと、ビットストリームを保存するための同サイズのフラッシュメモリもあります。既知のピン配置（HUB75）を持つ8つの出力ポートと5V出力を備えています。このボードはハードウェアハッカーの注目を集め、その後すぐにq3kらによって完全にリバースエンジニアリングされました。ピン配置を含む回路図やその他のドキュメントが利用可能です。ここでは多大な作業が行われており、これがColorlightボードをハッカースピリットで利用可能にしています。

偶然にも、このボードのデザインは、機能豊富さとIO豊富さの間の優れた妥協点となっています。オンボードの周辺機器は、0.1インチのピンヘッダー経由で接続するのが難しい基本的なものか高速なものだけです。また、この価格帯でデュアルギガビットイーサネットインターフェースを備えた唯一の開発ボードでもあります。FPGAであるため、16MBit SDRAMはほとんどのアプリケーションで十分であり、コントローラーの実装も容易です。

ボードのハッキング

オンボードのJTAGポートを使用すれば、4ピンヘッダーをはんだ付けするだけで、独自のビットストリームをECP5 FPGAにアップロードできます。このFPGAは、Yosysツールチェーン（Verilogコンパイラから配置配線エンジン、ビットストリームジェネレータまで）によって完全にサポートされており、Bus PirateのようなオープンソースJTAGアダプター（または他のものでも）と組み合わせることで、ビットストリームを送信してコードを実行させるのは一瞬です。HUB75ヘッダーには、ユーザーがアクセスできる多くのIOがブレークアウトされています。

FPGAには25MHzのクロックが供給されており、オンボードLEDとボタンが1つずつあります。これは、Verilogの「Hello, world!」プロジェクト、つまりLEDを点滅させるには十分です。

このボードの唯一の欠点は、デフォルトでは入力が不足していることです。74HC245出力ドライバーを双方向レベルシフターに交換する必要があります。ただし、SN74CBT3245Aというピン互換のレベルシフターICが存在し、デフォルトの出力ドライバーを置き換えて3v3双方向IOを提供できます。シフターをワイヤーに置き換える小さなPCBを製造する、または出力ドライバーの方向ピンを出力ピンに接続するといった他のオプションも可能です。

まとめ

Colorlight 5A-75Bは、オープンソースFPGAプログラミングを試したいが、従来の開発ボードに多額の費用をかけたくない人にとって良い選択肢です。オンボードの周辺機器は、ツールチェーンに慣れるための最初のプロジェクトには十分です。ギガビットイーサネットとSDRAMは、将来のより高度なプロジェクトでも役立つ可能性があります。

次の投稿では、5A-75BボードのオンボードLEDを点滅させるVerilogプロジェクトの書き方、コンパイル方法、アップロード方法について説明します。

Chris “polprog” Lasocki (@polprogpl) は、長年のエレクトロニクスハッカーであり、物理学者を目指しています。FPGAは彼の趣味の一つであり、現在この分野で論文を執筆中です。彼のその他の興味には、レーザー物理学や組み込みプログラミングプロジェクトがあります。彼はpolprog.netでブログを運営しています。