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

このゲスト投稿は、Chris Lasockiによる2部構成シリーズの最初の記事です。パート2はこちらでご覧いただけます。 事故だったようです。汎用のLEDディスプレイ部品が、低コストのFPGA開発ボードになりました。 問題のボードは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ディスプレイ標準の一部でした。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。一時的なストレージ用の16Mbit SDRAMと、ビットストリームを保存するための同じ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）の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、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入手可能です。ここで多大な作業が行われ、これがColorlightボードをハッカースピリットで利用できるようにしています。 偶然にも、このボードのデザインは、機能豊富さとIO豊富さの間の素晴らしい妥協点となっています。オンボードペリフェラルは、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、カスタムビットストリームをECP5 FPGAにアップロードする準備が整います。このFPGAは、Verilogコンパイラからプレース＆ルートエンジン、ビットストリームジェネレーターまで、Yosysツールチェーン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）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にわずかな時間しかかかりません。 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つずつありますが、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ないことです。双方向レベルシフターと交換するために、74HC245出力ドライバーを交換する必要があります。しかし、ピン互換のレベルシフターICであるSN74CBT3245A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。小さなPCBを製造してシフターをワイヤーに置き換えたり、出力ドライバーの方向ピンをIOピンに接続したりするなどの他のオプションも可能です。 # 要約 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、クラシックな開発ボードに多額のお金をかけたくない人にとって良い選択肢です。オンボードペリフェラルは、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、Verilogプロジェクトを書き、コンパイルし、アップロードして、5A-75BボードのオンボードLEDを点滅させる方法を説明します。 # 著者について 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1つであり、現在この分野で論文を執筆中です。彼の他の興味には、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。