2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H00926
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| Research Institution | Nagano National College of Technology |
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Principal Investigator |
黒岩 見法 長野工業高等専門学校, その他部局等, 技術専門職員
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 –
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| Keywords | FPGA / 論理回路 / プログラミング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの論理回路実習では、「デジタル回路実験」の一環として論理ICを使用して、基礎的な論理回路の動作を学ぶ実験を行ってきた。論理ICに加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)と呼ばれるプログラム可能な論理デバイスを使いこなして、世の中で必要とされるシステム的な論理設計を学びやすい実験を開発する。
まず、FPGAになじみのない学生が多いため、FPGAの基本的な機能を説明するにあたり、従来の論理回路（AND、OR、NOT、XOR、NAND等）と対比させながら、ハードウエア記述言語(VHDL)を学ぶ。とくに、プログラム１行ごとに、どの論理回路に対応するか把握しやすいようにした。信号の流れをイメージしやすいように、LED等の出力装置の配置を行った。それにより、回路図とプログラムの個々の命令との対応関係が見えやすくなった。
また、FPGAを使用するにあたり、ハードウエア記述言語(VHDL)を学ぶことが必須であり、他のプログラム言語（特にC言語）との対比しながら学べるようにした。プログラミンをする際、常にハードウェアのスペック（処理能力、メモリ、信号の伝送速度等）を念頭に置きながらプログラムを書くことを強調する。特にVHDLは、回路の配置と配線を記述する言語であり、時間的概念が分かりにくいため、「VHDL」、「C言語」、「回路を流れる信号のイメージ」を対比しやすいようにした。
LEDの表示において従来のシステムでは、高速でONとOFFを繰り返すと、連続して点灯しているように見えてしまうので、プログラムにおいて「空ループ」を挿入して表示する。またはハードウェアにおいて、連続点灯を回避するのが困難な場合に対応するため、FPGA開発環境のシミュレーション機能を改良し、プログラム実行過程と信号の流れを追跡しやすいようにした。
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