コイルってなに？初心者向けに電流と磁場と起電力の関係をまとめてみた
「コンデンサは電荷がたまる素子だけど、コイルって結局どんな素子？？」 そんな疑問をやさしく整理してみるよ～。
コイルは導線をぐるぐる筒状に巻いた形状のものだよ～。 コイルに電流を流すと筒を貫く向きに磁場が発生するよ～。 ある面積を貫く磁場の量を磁束っていうよ～。 コイルに電流を流し始めると、徐々に磁束が増えていくよ～。 磁束が変化すると、誘導起電力が生じるよ～。これをファラデーの法則というよ～。 誘導起電力は磁束の変化を打ち消すように生じるよ～。これをレンツの法則というよ～。 コイルが持つエネルギーは、コイルの特性であるインダクタンスLとコイルを流れる電流Iによって決まるよ～。 要するに、電流を流して磁場という形でエネルギーを蓄える素子だよ～。 そのエネルギーは1/2×L×I2で表されるよ～。 理想的なコイルは一本の導線だから抵抗なしとして考えるんだよ～。 でも、実際は導線が長いので、導線の抵抗を考慮して使うんだよ～。
やさしく解説してみたよ。 まとめると、コンデンサは電荷によって電場にエネルギーを蓄える素子だよ～。 コイルは電流によって磁場にエネルギーを蓄える素子だよ～。
カウンタ回路のベストプラクティス #VHDL
一生使えるHDLのコードを書くシリーズ第一弾。
VHDLやverilog、SystemVerilogで、これまで同じような記述を何度も書いてきた。その度にまったく同じように書けなかったりミスしたり。。。
この経験から一生使えるコードをここに書き記す。
記念すべき第一弾の回路は、「カウンタ」です。
一生使えるカウンタはこれだ！！
※注意：
本記事に掲載している回路は、GHDLによるリントチェック（構文・型整合性チェック）を通過しています。ただし、実際のご使用にあたっては、目的や仕様に応じた十分な検証を行ってください。
本回路の使用によって生じたいかなる損害についても、当方は責任を負いかねます。自己責任でご利用ください。
本記事に掲載している回路は、GHDLによるリントチェック（構文・型整合性チェック）を通過しています。ただし、実際のご使用にあたっては、目的や仕様に応じた十分な検証を行ってください。
本回路の使用によって生じたいかなる損害についても、当方は責任を負いかねます。自己責任でご利用ください。
counter.vhd
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.numeric_std.all;
entity counter is
generic (CNT_WIDTH : integer := 8;
MAX_VALUE : unsigned(CNT_WIDTH-1 downto 0) := (others => '1');
HOLD_ON_MAX : boolean := FALSE -- true: Hold at max value, false: Reset to 0
);
port (
CLK : in STD_LOGIC;
RST : in STD_LOGIC;
CLR : in STD_LOGIC;
EN : in STD_LOGIC;
CNT : out unsigned(CNT_WIDTH-1 downto 0)
);
end counter;
architecture Behavioral of counter is
signal count_reg : unsigned(CNT_WIDTH-1 downto 0) := (others => '0');
begin
GEN_HOLD_ON_MAX : if HOLD_ON_MAX generate
process(CLK, RST)
begin
if RST = '1' then
count_reg <= (others => '0');
elsif rising_edge(CLK) then
if CLR = '1' then
count_reg <= (others => '0');
elsif EN = '1' then
if count_reg = MAX_VALUE then
count_reg <= count_reg; -- Hold at max value
else
count_reg <= count_reg + 1; -- Increment the counter
end if;
end if;
end if;
end process;
end generate;
GEN_AUTO_ROUTATE : if not HOLD_ON_MAX generate
process(CLK, RST)
begin
if RST = '1' then
count_reg <= (others => '0');
elsif rising_edge(CLK) then
if CLR = '1' then
count_reg <= (others => '0');
elsif EN = '1' then
if count_reg = MAX_VALUE then
count_reg <= (others => '0'); -- Reset to 0
else
count_reg <= count_reg + 1; -- Increment the counter
end if;
end if;
end if;
end process;
end generate;
CNT <= count_reg;
end Behavioral;
工夫したポイント
この回路は、genericのHOLD_ON_MAXのTRUE/FALSEを切り替えることで、最大値に達したときの動作を変更できるところ。
最大値も、ビット幅以内であれば好きな値を指定できるのもポイント。
ブロック図
タイムチャート 「最大値に達したらキープ」Ver.
タイムチャート 「最大値に達したら0へ戻る」Ver.
インスタンス化の記述例
component counter is
generic (CNT_WIDTH : integer := 8;
MAX_VALUE : unsigned(CNT_WIDTH-1 downto 0) := (others => '1');
HOLD_ON_MAX : boolean := FALSE -- true: Hold at max value, false: Reset to 0
);
port (
CLK : in STD_LOGIC;
RST : in STD_LOGIC;
CLR : in STD_LOGIC;
EN : in STD_LOGIC;
CNT : out unsigned(CNT_WIDTH-1 downto 0)
);
end component;
xxx_counter : counter
generic map(
CNT_WIDTH => 4,
MAX_VALUE => (others => '1'),
HOLD_ON_MAX => FALSE
) port map(
CLK => user_signal,
RST => user_signal,
CLR => user_signal,
EN => user_signal,
CNT => user_signal
);
まとめ
これで一生、カウンタはコピペで済むようになった。
AN 647: Single-Port Triple Speed Ethernet and On-Board PHY Chip Reference Designを開いてみた
これからTriple Speed Ethernet IPを使おうとしている人には参考になる。
https://www.altera.com/en_US/pdfs/literature/an/an647.pdf
module top (
//Clock and Reset
CLKIN,
GTX_CLK,
RX_CLK,
RESET_N, // USER_PB0
PHY_RESET_N,
// Reset Status
LED_RESET_N, // USR_LED0
LED_CORE_RESET_N, // USR_LED1
//MDIO
MDC,
MDIO,
//RGMII
RGMII_IN,
RGMII_OUT,
RX_CONTROL,
TX_CONTROL,
//MAC Status Signals
SET_1000, // USER_DIPSW1
SET_10, // USER_DIPSW0
ENA_10_N, // USR_LED2
ETH_MODE_N // USR_LED3
);
input CLKIN;
output GTX_CLK;
input RX_CLK;
input RESET_N;
output PHY_RESET_N;
output LED_RESET_N;
output LED_CORE_RESET_N;
output MDC;
inout MDIO;
input [3:0] RGMII_IN;
output [3:0] RGMII_OUT;
input RX_CONTROL;
output TX_CONTROL;
input SET_1000;
input SET_10;
output ENA_10_N;
output ETH_MODE_N;
wire clk_25M;
wire clk_2_5M;
wire clk_125M;
wire tx_clk;
//wire RESET_N;
wire core_reset_n;
wire mdio_in;
wire mdio_oen;
wire mdio_out;
wire ena_10;
wire eth_mode;
wire [1:0] select;
// Clock and Reset connection
assign PHY_RESET_N = core_reset_n;
assign LED_RESET_N = RESET_N;
assign LED_CORE_RESET_N = ~core_reset_n;
// MDIO ports connection
assign MDIO = mdio_oen ? 1'bz : mdio_out;
assign mdio_in = MDIO;
assign ENA_10_N = ~ena_10;
assign ETH_MODE_N = ~eth_mode;
pll pll_0 (
.rst (~RESET_N),
.refclk (CLKIN),
.outclk_0 (clk_125M),
.outclk_1 (clk_25M),
.outclk_2 (clk_2_5M),
.locked (core_reset_n)
);
qsys_top qsys_top_0 (
.triple_speed_ethernet_0_mac_status_connection_eth_mode (eth_mode), // triple_speed_ethernet_0_conduit_connection.eth_mode
.triple_speed_ethernet_0_mac_status_connection_ena_10 (ena_10), // .ena_10
.triple_speed_ethernet_0_mac_rgmii_connection_rgmii_in (RGMII_IN), // .rgmii_in
.triple_speed_ethernet_0_mac_mdio_connection_mdc (MDC), // .mdc
.triple_speed_ethernet_0_mac_rgmii_connection_tx_control (TX_CONTROL), // .tx_control
.triple_speed_ethernet_0_mac_status_connection_set_1000 (SET_1000), // .set_1000
.triple_speed_ethernet_0_mac_mdio_connection_mdio_out (mdio_out), // .mdio_out
.triple_speed_ethernet_0_mac_rgmii_connection_rgmii_out (RGMII_OUT), // .rgmii_out
.triple_speed_ethernet_0_mac_mdio_connection_mdio_oen (mdio_oen), // .mdio_oen
.triple_speed_ethernet_0_mac_status_connection_set_10 (SET_10), // .set_10
.triple_speed_ethernet_0_mac_mdio_connection_mdio_in (mdio_in), // .mdio_in
.triple_speed_ethernet_0_mac_rgmii_connection_rx_control (RX_CONTROL), // .rx_control
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_xon_gen (1'b0),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_xoff_gen (1'b0),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_tx_crc_fwd (1'b0),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_tx_septy (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_tx_ff_uflow (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_tx_a_full (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_tx_a_empty (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_rx_err_stat (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_rx_frm_type (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_rx_dsav (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_rx_a_full (),
.triple_speed_ethernet_0_mac_misc_connection_ff_rx_a_empty (),
.reset_reset_n (core_reset_n), // reset.reset_n
.clk_clk (clk_125M), // clk.clk
.triple_speed_ethernet_0_pcs_mac_tx_clock_connection_clk (tx_clk),
.triple_speed_ethernet_0_pcs_mac_rx_clock_connection_clk (RX_CLK)
);
ddio_out ddio_out_0 (
.outclock (tx_clk),
.dataout ( GTX_CLK ),
.aclr (!core_reset_n),
.datain_h (1'b1),
.datain_l (1'b0),
.outclocken (1'b1),
.oe (1'b1)
);
assign tx_clk = ( eth_mode ) ? ( clk_125M ) : // GbE Mode = 125MHz clock
( ena_10 ) ? ( clk_2_5M ) : // 10Mb Mode = 2.5MHz clock
( clk_25M ); // 100Mb Mode = 25MHz clock
endmodule
Intelの新CPU「Nios V」とライセンス取得手順のまとめ【Quartus 24対応】
IntelがQuartus 21から新しく「Nios V」というFPGA向けCPUを発表しました。 これまでのNios Ⅱとは開発手順が大きく異なるようですが、詳しく解説しているサイトが少ないため、マニュアルを参照しながら自分なりに整理してみました。
■ Nios Vとは？
Nios Vは、Intelが提供するRISC-VベースのソフトウェアCPU（IPコア）です。
「RISC-V」とは、命令セットアーキテクチャ（ISA）がオープンソース化されているCPUで、ライセンス料が無料。また命令セットがモジュラー式のため、不要な命令を削って回路を小さく最適化できます。FPGAのようにカスタマイズが可能なハードウェアには、この柔軟性が非常に相性が良いです。
■Nios Vを使うために必要なもの
Nios Vを利用するには、次の2つが必須です。 （※Nios Vを使用しない場合でも必要な構成です）
1. JTAGインターフェース
2. コンフィギュレーションができる（例：外部フラッシュから読み出し、JTAG経由での書き込みなど）
■Nios V用IPライセンスの取得方法
Nios Vを使うには、無償ライセンス「Nios V Processor Intel FPGA IP licenses」の取得が必要です。今回は、このライセンス取得手順に絞って説明します。
Step１：My Intelにログイン
まず、Intel FPGA Self-Service Licensing Centerにアクセスして、サインインする。
Step ２：Enroll（登録）
画面右にある「Enroll」ボタンをクリックし、自分の情報を入力します。完了すると、"Welcome to PSG Licensing"という件名のメールが届きます。
Step ３：SSLCへサインイン
Licensing Centerに戻り、左側の「Already enrolled ? - Sign In here」をクリックしてサインインします。ここでは2段階認証などの手続きが少し面倒ですが、完了後は以下のような画面になります。
Step ４：ライセンスの選択
「Sign up for Evaluation or No-Cost Lisence」タブをクリックし、 Nios® V/m Microcontroller FPGA IP (License: IP-NIOSVM)を選択して「Next」をクリックする。
Step ５：NIC IDの入力とライセンス取得
次に、ライセンスを紐づけるPCのNIC ID（MACアドレス）を入力します。Linuxの場合、以下のコマンドで取得します。複数出力された場合、ip aコマンドだけ実行して、現在使用しているNIC IDを選択してください。
ip a | grep 'link/ether' | awk '{print $2}'
入力後、メールでライセンスファイルが届きます。 今回は、FIXED_LICENSEとして取得しました。
Step ６：ライセンスファイルの設定
最後に、Intel公式マニュアルのFixed-licenseの取得方法を参考にして、ライセンスファイルを設定します。 この手順通りに設定できれば、ライセンスの準備は完了です。
今回はここまで
最後までお読みいただきありがとうございました。 次回は、実際にNios Vを使ったプロジェクト作成の手順について解説予定です。
pythonバイナリデータを扱う①
pythonでバイナリデータを2進数にした後、いろいろ操作する方法をまとめてみた。 いろいろ操作した後にバイナリデータや整数に変換する方針にしている。正しいのかな？
import sys
def main():
binary_data = b'\x08'
# binary_data = b'\x48\x65\x6c\x6c\x6f'
data = int.from_bytes(binary_data, sys.byteorder)
binary_num = to_binary_number(data,10)
binary_num = bit_slice(binary_num,4,2)
print (binary_num)
binary_num += create_0(5)
print (binary_num)
def to_binary_number(data,bit_width):
binary_number = format(data,"0"+str(bit_width)+"b")
return binary_number
def create_0(num):
return str("0"*int(num))
def bit_slice(binary_num,msb,lsb):
data_len = len(binary_num)
if data_len < msb+1:
print ("[ ERROR ] msb is bigger than binary_num width")
return -1
if msb < lsb:
print ("[ ERROR ] msb is less than lsb")
return -1
first_pos = data_len - msb - 1
last_pos = data_len - lsb - 1
return binary_num[first_pos:last_pos+1]
if __name__ == "__main__":
main()
openpyxlを使ってみた②
こちらは本体。入力データと出力データそれぞれ、選ばれた時用と選ばれてない時用の2種類、計4種類（2×2）を準備する。
その後、1つのテストの設定にする。
#test.py
import openpyxl
from common_function import get_position_from_ws
from common_function import get_port_data_list
from common_function import peer_to_peer
hsize = 320
vsize = 240
base_port_row =0
base_port_column =0
in_select_list = []
in_no_select_list = []
in_color_list = []
out_select_list = []
out_no_select_list = []
out_color_list = []
wb = openpyxl.load_workbook(filename = 'sample_1.xlsx',data_only=True)
ws = wb.active
base_port_row,base_port_column = get_position_from_ws(ws,target_chr="port")
# [port name,sel_number,color,file name, bit width,reserve,hsize,vsize]
# in_select_list : [port_name,sel_number,1, file_name, bit_width,1, hsize,vsize]
# in_no_select_list : [port_name,sel_number,0, "empty.bin",bit_width,1, 0, 0 ]
in_select_list, in_no_select_list = get_port_data_list("in", ws,base_port_row,base_port_column,hsize,vsize)
# [port name,reg name,color,file name,bit width,reserve,hsize,vsize]
# out_select_list : [port_name,reg_name,1, file_name,bit_width,1, hsize,vsize]
# out_no_select_list : [port_name,reg_name,0, file_name,bit_width,1, 0, 0 ]
out_select_list, out_no_select_list = get_port_data_list("out",ws,base_port_row,base_port_column,hsize,vsize)
#peer to peer
data_testlist,color_testlist = peer_to_peer(ws,base_port_row,base_port_column,in_no_select_list,in_select_list,out_no_select_list,out_select_list)
print (data_testlist)
print (color_testlist)
#common_function.py
def to_bit_width(char_bit_width_raw):
data = char_bit_width_raw.replace('[','').replace(']','')
f_pos = data.find(':')
return int(data[:f_pos])+1
def get_position_from_ws(ws,target_chr):
for test in ws:
for data in test:
if data.value == str(target_chr) :
return data.row, data.column
def get_port_data_list(port_is,ws,base_port_row,base_port_column,hsize,vsize):
select_list = []
no_select_list = []
if (port_is == "in"):
for i in range(base_port_row+1,ws.max_row+1):
sel_number = ws.cell(i,base_port_column-2).value
bit_width = to_bit_width(ws.cell(i,base_port_column-1).value)
port_name = ws.cell(i,base_port_column-0).value
file_name = port_name + ".bin"
#port name,sel_number,color,file name, bit width,reserve,hsize,vsize
select = [port_name,sel_number,1, file_name, bit_width,1, hsize,vsize]
no_select = [port_name,sel_number,0, "empty.bin",bit_width,1, 0, 0 ]
select_list.append (select)
no_select_list.append (no_select)
if (port_is == "out"):
for i in range(base_port_column+1,ws.max_column+1):
reg_name = ws.cell(base_port_row-2,i).value
bit_width = to_bit_width(ws.cell(base_port_row-1,i).value)
port_name = ws.cell(base_port_row-0,i).value
file_name = port_name + ".bin"
#port name,reg name,color,file name,bit width,reserve,hsize,vsize
select = [port_name,reg_name,1, file_name,bit_width,1, hsize,vsize]
no_select = [port_name,reg_name,0, file_name,bit_width,1, 0, 0 ]
select_list.append (select)
no_select_list.append (no_select)
return select_list, no_select_list
def peer_to_peer(ws,base_port_row, base_port_column, in_no_select_list, in_select_list, out_no_select_list, out_select_list):
data_testlist = []
color_testlist = []
test_num = 0
in_num = 0
for i in range(base_port_row+1,ws.max_row):
out_num = 0
temp_in_list = in_no_select_list.copy()
temp_in_list[in_num] = in_select_list[in_num]
in_color_list = len(temp_in_list) * [len(temp_in_list[0])* [0]]
in_color_list[in_num] = [0,0,0,1,1]
sel_number = temp_in_list[in_num][1]
for j in range(base_port_column+1,ws.max_column):
if ws.cell(i,j).value is not None:
temp_out_list = out_no_select_list.copy()
temp_out_list[out_num] = out_select_list[out_num]
out_color_list = len(temp_out_list) * [len(temp_out_list[0])* [0]]
out_color_list[out_num] = [0,0,0,1,1]
temp_reg_list = len(temp_out_list) * [0]
temp_reg_list[out_num] = sel_number
reg_color_list = len(temp_reg_list) * [0]
reg_color_list[out_num] = 1
in_name_for_testlist = [data[0] for data in temp_in_list ]
out_name_for_testlist = [data[0] for data in temp_out_list]
reg_name_for_testlist = [data[1] for data in temp_out_list]
in_data_for_testlist = [data for test in temp_in_list for data in test[3:8]]
out_data_for_testlist = [data for test in temp_out_list for data in test[3:8]]
reg_data_for_testlist = temp_reg_list
data_testlist.append(in_data_for_testlist + out_data_for_testlist + [""] + reg_data_for_testlist)
in_color_for_testlist = [x for color in in_color_list for x in color]
out_color_for_testlist = [x for color in out_color_list for x in color]
reg_color_for_testlist = reg_color_list
color_testlist.append(in_color_for_testlist + out_color_for_testlist + [""] + reg_color_for_testlist)
test_num += 1
out_num += 1
return data_testlist, color_testlist
openpyxlを使ってみた①
openpyxlを使ってみた。整理できていないけど、参考として記載。
import openpyxl
base_port_row =0
base_port_column =0
wb = openpyxl.load_workbook(filename = 'sample_1.xlsx')
ws = wb.active
#test_list = [[input_1,infile,bpp,epp,hsize,vsize],[...],]
for test in ws:
for data in test:
if data.value == "port" :
base_port_row = data.row
base_port_column = data.column
break
inport_no_select_list = []
inport_select_list = []
outport_no_select_list = []
outport_select_list = []
regport_no_select_list = []
for i in range(base_port_row+1,ws.max_row+1):
sel_num = ws.cell(i,base_port_column-2).value
bit_wid = ws.cell(i,base_port_column-1).value
port_name = ws.cell(i,base_port_column-0).value
file_name = str(ws.cell(i,base_port_column-0).value) + ".bin"
inport_select_list.append ([port_name,file_name, bit_wid,1,320,240,sel_num])
inport_no_select_list.append([port_name,"empty.bin",bit_wid,1,320,240,sel_num])
for i in range(base_port_column+1,ws.max_column+1):
reg_name = ws.cell(base_port_row-2,i).value
bit_wid = ws.cell(base_port_row-1,i).value
port_name = ws.cell(base_port_row-0,i).value
file_name = str(ws.cell(base_port_row-0,i).value) + ".bin"
outport_no_select_list.append([port_name,file_name,bit_wid,1,320,240,reg_name])
outport_select_list.append ([port_name,file_name,bit_wid,1,320,240,reg_name])
regport_no_select_list.append([reg_name,0])
#peer to peer
test_list = []
input_num = 0
for i in range(base_port_row+1,ws.max_row):
temp_in_list = inport_no_select_list.copy()
temp_in_list[input_num] = inport_select_list[input_num]
output_num = 0
for j in range(base_port_column+1,ws.max_column):
if ws.cell(i,j).value is not None:
temp_out_list = outport_no_select_list.copy()
temp_out_list[output_num] = outport_select_list[output_num]
temp_reg_list = regport_no_select_list.copy()
temp_reg_list[output_num][1] = temp_in_list[input_num][6]
test_list.append(temp_in_list + temp_out_list + temp_reg_list)
output_num += 1
input_num += 1
print (test_list[0])
