Efinix FPGA Configuration
FPGAコンフィギュレーション講習
Efinix FPGAのコンフィギュレーションモード
Efinix FPGAのコンフィギュレーションモードは大別すると以下の３つとなります。
コンフィギュレーションモード
| Mode | 説明 |
|---|---|
| SPI Active | FPGAがSPI MasterとなるMode。外付けでSPI Flashを接続しFPGAがSPI通信でbit streamを読み出しコンフィギュレーションします。 |
| SPI Passive | FPGAがSPI SlaveとなるMode。外付けマイコン等のSPI MasterデバイスからFPGAへbit streamを流し込むことによりコンフィギュレーションします。 |
| JTAG | ホストコンピュータなどからJTAG I/Fへbitstreamを流し込むことによりコンフィギュレーションします。主にデバッグ時などに使用します。 |
コンフィギュレーション（デバッグ）ツール
Efinixでは純正のデバッグツールは用意されておりませんが、ISX社よりEfinix FPGAをターゲットとしたデバッグ ツールがリリースされています。
レスターでは、同製品を取扱っておりますので、ご質問等ございましたらお問い合わせください。
デバッグツールのデバイスドライバー
Efinixでは純正のデバッグツールは用意されていませんが、ISX社よりEfinix FPGAをターゲットとしたデバッグ ツールがリリースされています。
Windows標準のデバイスドライバーではISX社デバッグツールやEfinix社FPGA評価ボードを認識することができません。このためデバイスドライバーの置き換えが必要となります。
準備：
デバイスドライバーを置き換えるためのツール ‘Zadig’をダウンロードします。
Zadig - USB driver installation made easy (akeo.ie)
実行：
Zadigを実行します。
Zadigが起動したら‘Option’ -> ‘List All Devices’を選択。‘Ignore Hubs or Composite Parents’は非選択に。
ターゲットデバイスを選択し（図の例ではT20評価ボード）ドライバーをlibusb-win32(v2.6.0)にしてReplace Driverボタンを押す
→デバイスドライバーが置き換わり、デバッグツールを認識するようになります。
コンフィギュレーション用のデータをFlash ROMに事前に書き込んで実装する
量産時においては、あらかじめROMにコンフィギュレーションデータを書き込んで実装するケースが多くあります が、書き込みデータフォーマットの主流はIntel Hexまたはbinaryとなります。
一方、コンフィギュレーション用に生成されるbit streamは .bit形式と .hex形式であるので変換が必要となります。
Binaryへの変換方法
(1) Programmerを起動
(2) Bit streamファイル（.hex）を選択
(3) メニューの’File’ -> ‘Export’を選択
(4) ファイルの種類で’Raw Binary’を選択しファイル名を入力でBinaryが生成
Intel Hexへの変換方法
(1) Efinity実行ディレクトリへ移動（例；'c:\Efinity\2022.2\bin')
例；New_Design.hex'を → 'Intel_New_Design.hex' へ変換する。
(2) 'python3 C:\Efinity\2022.2\pgm\bin\efx_pgm\export_bitstream.py hex_to_intelhex New_Design.hex Intel_New_Design.hex'
（コマンドが長いため、表示は折り返していますが、実際には改行せず実行する。）
(3) 'Successfully wrote Intel_New_Design.hex' とコマンドプロンプト表示され変換終了
詳細は、AN 006: Configuring Trion FPGAs (efinixinc.com) または、AN 033: Configuring Titanium FPGAs (efinixinc.com) を参照ください。
JTAG SPI Flash Loader
JTAG SPI Flash LoaderとはBit Streamデータ (.hex) をJTAGから入力、SPIに出力＝スルーさせるデザイン
→SPIのコネクタを実装することなくSPI Flashへの書き込みを実現します。
【ユーザーガイド】
JTAG SPI Flash Loader Core User Guide (efinixinc.com)
Bit Streamデータに関して
コンフィギュレーションにて使用される bit stream データは *.bit, *.hexの2種類があります。
*.bit -JTAG I/Fを介してコンフィギュレーションする際に使用するファイルです。
*.hex -SPI Active / Passive modeにてコンフィギュレーションを行なう際に使用するファイルです。
コンフィギュレーションが正常にできない場合の確認事項
コンフィギュレーションを正常に動作させるには、コンフィギュレーションピンのデザイン、接続状態を所定の状態にしたうえで正しい電源シーケンスでの起動することが必要です。
デザインが所望のコンフィギュレーションモードに適合しているかを下記ページにてご確認いただけます。
Trion Hardware Design Guidelines | Efinix (efinixinc.com) または、Titanium Hardware Design Guidelines | Efinix (efinixinc.com)
ISX社のツールを用いてのJTAG SPI Flash Loader プログラム
Q : ISX社のツールを使って JTAG SPI Flash Loader IPを利用したSPI Flash ROMへの書き込みを行なおうとしたところ ’ Invalid flash device. Flash load abort.’ というエラーメッセージが出て、Flash ROMへの書き込みができません。
A : Efinity Programmerの仕様変更によるものです。新しいバージョンのProgrammerでは下図のように接続してください。
※ISX社のデータシートではSS_Nを接続となっているところをRSV4(CS_B)接続へ変更
対象となるデバイスはT4F81, T8F81, T8Q144, T13F169, T13F256, T20F169, T20F256。
EFINIX
FPGA
Efinixは、2012年にアメリカで設立されたFPGAスタートアップで、今までにはない革新的なQuantum™テクノロジーにより従来のFPGAよりも、4倍のPPA(パワー・パフォーマンス・エリア)を実現しました。
Trion FPGAは、この技術により他社FPGAと同性能にもかかわらず、低消費、最適な価格で量産出荷中です。さらに高性能化、高集積化を実現したTitanium FPGAは2021年より出荷予定です。