お手頃FPGAボード Tang NanoでRISC-V動かしてみた

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1. お手頃FPGAボード Tang NanoでRISC-V動かしてみた インターフェース オフ会 @ CQ出版 2019/12/16 Kenta IDA

   (@ciniml)

2. 自己紹介 •井田 健太 (@ciniml) •仕事：FPGAの論理設計 •RISC-V初心者 • 今回初めて触りました 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang

   NanoでRISC-V動かしてみた 2

3. Tang Nanoとは •中国のGOWIN社製FPGAを搭載したFPGAボード •とても安い • Seeed Studioで$4.9 • 秋葉原のShigezoneで¥800 •書き込み回路搭載

   • USB Type-Cで接続して書き込み 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 3

4. RISC-Vのコアは載るのか？ •わりと厳しい… • LUT:1152, FF:864, BRAM:18kbit x4 •レジスタファイルだけでも32x36 = 1152[kbit]

   • FFで構成するのは不可 • BRAMで構成するしかない •RV32Eでも32x20=640[kbit] 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 4

5. とりあえず試してみる •picorv32を最小構成(RV32E)で合成 • パフォーマンスカウンタ無し • 16～31番レジスタ無し (RV32E) 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた

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6. とりあえず試してみる •結果：リソース足りず… • とりあえずLUTが1814必要になった模様 (157.46%) 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 6

7. 参考：1つ大きいデバイスなら？ •Tang Nanoに載っているのは一番小さいデバイス • GW1N-1 •一つ上のGW1N-2ならリソースが倍 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 7

8. 参考：1つ大きいデバイスなら？ •結果：配置配線まで成功 • たぶん実機があれば動かせる 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 8

9. 違うコアで試す •特集記事を参考に小さそうなコアを探す •SERVが良さそう • https://github.com/olofk/serv 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 9

10. SERVをTang Nanoに載せる •相変わらずRAMが辛いのでデータRAMを省く • 命令メモリとレジスタのみ •データバスにLED出力制御用レジスタをつなぐ • 0x100番地にマップ • 下位3bitをRGB

    LEDの各色に割り当て 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 10

11. サンプル･プログラムを修正 •SERVにLチカサンプルあり • アセンブリ言語で記述 •ビルド済みの物があるので修正して使用 • LEDのアドレス変更(0x40000000→0x100) • RV32用GCCビルドしてなかったので とりあえずハンドアセンブル…

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12. 合成結果 •とりあえず載せられた 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 12

13. デモ •動いたのでデモ 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 13

14. 課題 •RAM無いのはさすがに困る •BRAM余ってるので 1インスタンスで済むメモリモジュールを書けば動くはず • 今回は時間の都合上間に合わなかった •C言語でLチカしたい 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた

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15. おしまい 2019/12/16 お手頃FPGAボードTang NanoでRISC-V動かしてみた 15