汎用データ交換コアを作りたい

特電Spartan-6ボードには、USB2.0とDDR2 SDRAMが搭載されています。

これらにアクセスするためのコアは公開してはいるのですが、マニュアル等も十分ではないので、使いやすいとはいえない状況でした。これらのコアを使うためのマニュアルを整備するのも良いのですが、それよりも作りたいものがあります。

それは、汎用データ交換コアです。

特電Spartan-6ボードや、特電PCI Express評価ボードのハードウェアは概ね次のような構造になっています。

つまり、PCIeやUSBといった通信手段と、DDR2 SDRAMといった記憶手段があって、データ入力ポートとデータ出力ポートがあります。
多くのFPGAアプリケーションは、大まかにいって、これらの4つのポート間でデータをやりとりするものです。

最初のパターンは、データ取り込み装置。

入力ポートにつながるのは、CMOSイメージセンサだったり、ADコンバータだったり、いろいろな計測器からの信号だったりします。放射線計測というのもあるでしょう。

こういった信号をFPGAで取り込んでパソコンに送るのが、データ収集装置です。データ収集装に求められる機能は、取りんだデータをUSBやPCIeのバスへ直接送るのではなく、いったん、システム内のメモリに蓄えることです。
なぜなら、USBやPCIeの速度は一定ではないし、計測の速度やサンプリング間隔はUSBやPCIeのそれとは一致しないのが常だからです。
つまり、入力ポートからのデータをいったん蓄えて、パソコンに送る。そのときのタイミング調整をうまくやってくれることがFPGAに望まれます。

次のパターンは、データ出力装置。

出力ポートにつながるのは、ディスプレイだったり、DAコンバータだったり、計測制御機器だったりします。
パソコンからUSBやPCIeを使ってSDRAMにデータを送り込み、それを1回、あるいは周期的に出力するというわけです。
大事なことは、SDRAM→出力ポートというパスを最優先すること。そうしないと、出力する画像が乱れてしまうでしょう。

最後のパターンは、データ加工装置。

例えば、カメラとディスプレイの間のフレームレートの変換などの応用が考えられます。

このように、FPGAと通信手段、メモリ、入出力ポートを備えたシステムの応用例は、突き詰めて考えれば、これら4つのポート間でのデータ交換方法に帰着できると思われます。

だから、この4つのポート間で想定される、あらゆるタイプのデータ交換に対応したコアを作ろうと思ったわけです。