(C) by T.IZUMI @ Ritsumeikan U, Apr 2021 - 無断複製・再配布を禁ず
Acknowledgements: the base design is presented by Kaitlyn Franz and the base kit is provided by Digilent Inc.

立命館大学大学院理工学研究科電子システム専攻

組込みシステム特論

〜ロボット・カーの開発〜

対象者

この講義＆演習は次の項目を習得済みの者を対象とする。

計算機アーキテクチャの基本（プロセッサ、バス、メモリ、レジスタ、Ｉ／Ｏ）
OS, コンパイラの基本
ディジタル回路設計、Verilog HDL、シミュレーション
C言語、プログラミング
Unix 操作

学習項目

この講義＆演習による学習項目は次の通り。

Section 1 : 組込みシステムの構成とロボットの動作確認

講義
- 機器取扱の注意、電源電圧と消費電流、二次電池の特性、電源系統、レベル信号と作動信号、入力と出力
- システムの構成、Zybot-R, ZYBO, FLASH, DRAM, USB, HDMI, Pmod, JTAG, SPI, LED&SW
- 組込みプロセッサ、FPGA、メモリ
- All Programmable SoC - Zynq, ZYBO, PSとPL
- Linuxの構成、起動と運用
- ネットワーク、無線LAN、TCP/IP, ssh, scp, サーバクライアントプログラムhttp, motion
演習
- Zybot-Rの構成と実機動作確認

Section 2 : プログラマブルロジックとプロセッサの連携

講義
- memory mapped I/O, GPIO
- Vivado によるロジック開発、Synthesis, Implement
- Vivado IP Integrator によるZynq PL+PS 組込みシステムの構築
- Vitis IDE によるソフトウェア開発 (standalone)
- PL と PL の連携
演習
- プログラマブルロジックとプロセッサの連携

Section 3 : モータ制御モジュールの開発

講義
- PWM 制御
- モータ制御回路
- プログラマブルロジックによる PWM 制御モジュールの開発
- OS 無し (standalone) プロセッサからの回路の制御
演習
- PWM によるモーター制御

Section 4 : Linux からの回路制御

講義
- アクセス権限、仮想メモリ、ページング、MMU
- /dev/mem と mmap()
- デバイスドライバ、キャラクタデバイスとブロックデバイス
- /dev/uio*, /sys/class/gpio*, /proc/*
演習
- Linux からの回路制御 (linaro 版)
- ( 参考 Linux からの回路制御 (PetaLinux 2015.4 版) )

Section 5 : ネットワーク経由での機器制御

講義
- TCP/IP, socket(), listen()/connect() , recv()/send()
演習
- 無線による機器制御 (linaro+cygwin 版)

開発環境

ＦＰＧＡデザインルームには必要な開発ツールおよびライセンスを用意してありますが、できれば自身のＰＣにインストールして実行環境を整えるとよいでしょう。本演習で使用するボードならXilinxのユーザー登録するだけで使える無償版でＯＫです。ただし、インストールには 50GBから90GB程度 (注:MBではなくGBです！) のドライブ容量が必要ですので、外付けの大容量ドライブにインストールした方がいいかも知れません。

Xilinx Vivado 2020.2
※Vivado はフォルダ階層が深いとトラブルを起こすので、浅い場所に置くか、 substコマンド等で作業フォルダにドライブ文字を割り当てておくとよい。
Xilinx Vitis IDE 2020.2
Cygwin (gcc,ssh を含むこと)
MobaXterm
Chrome

ターゲットボードとFPGA

Digilent ZYBO & Xilinx XC7Z010-1CLG400C
※ボード定義ファイルをインストールしておくこと。 https://reference.digilentinc.com/vivado/installing-vivado/start
※このとき古い定義ファイルを削除すること！（Xilinx/Vivado/????.?/data/boards/board_parts/zynq/zybo 以下）

準備

配布資料

必要に応じて講義にて配布する。

参考資料