授業科目名	組込み設計演習
時間割番号	TJM218
担当教員名	丹沢　勉
開講学期・曜日・時限	後期・金・II	単位数	1
＜対象学生＞
(未登録)
＜授業の目的＞
高度な情報システムを設計，製作しようとすると，ASICの設計と検証ができる必要がある．この授業の目的は，講義と演習を通してハードウェア的なディジタル回路の基礎を理解し，簡単なASICの設計，検証の方法を身につけることである． 授業では，VHDLを取り上げて，PC上の統合環境上で実際に論理合成を行い，シミュレータによる動作の検証，及び，ASICを搭載した評価回路による実機動作確認を行う．講義中の実習課題に対し，レポート作成し，実際に役立つ技術を身に付ける
＜本授業科目による獲得・涵養が特に期待されるコンピテンシー＞（能力・資質）
工学部(～2023年度入学生)>メカトロニクス工学科向け 記号 コンピテンシー（能力・資質）   JM-A 専門 3.三分野のうち、一つ以上のより専門的な技術と知識。少なくとも一分野の技術と知識を十分に身につけ、さらに一つ以上の分野の技術と知識も身につける。 2.電気分野 デジタル信号処理技術をもとにしてデジタル形式で表現された信号を処理することができる。 ○ JM-B 論理回路、順序回路の解析・設計ができる。 ○ JM-C 3.情報分野 論理回路、順序回路の解析・設計ができる。 ◎
＜到達目標＞  到達目標とは
目標NO 説明 コンピテンシーとの対応 JM 1 論理回路を理解・設計できる JM-B 2 ASICの開発手順を実習する JM-A 3 電子回路ハードウェア記述言語特徴を理解し，記述できる． JM-B 4 VHDL記述を、実際の回路動作により確認，修正できる JM-C 5 ストップウォッチや電卓程度の設計が出来る． JM-C
＜成績評価の方法＞
目標No 割合 評価の観点 1 30% レポート課題・テストによる評価 2 10% レポート課題による評価 3 20% レポート課題による評価 4 20% レポート課題による評価 5 20% レポート課題による評価 合計 100%
＜授業の方法＞
論理回路の知識を有していることが望ましい 組込み設計の授業を受講しておくことが望ましい
＜受講に際して・学生へのメッセージ＞
実際に手を動かしてもらう課題やレポートが多いので，授業の進捗に合わせて期限までに行うこと．
＜テキスト＞
堀桂太郎著, 図解VHDL実習 : ゼロからわかるハードウェア記述言語 第2版, 森北出版, ISBN:9784627783928, (2009年出版)
＜参考書＞
(未登録)
＜授業計画の概要＞
1 タイトル 論理回路（デジタル回路）の復習 事前学習 事後学習 事前学習：デジタル回路の復習 事後学習：演習問題 授業内容 ブール代数，真理値表，カルノー図を用いた簡単化の復習． 真理値表から論理回路組み合わせ回路を設計できるようになる． 2 タイトル フリップフロップ，非同期順序回路，同期順序回路　（D-FF)の設計 事前学習 事後学習 事前学習：第1回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 D-FF,JK-FFの動作を理解する．N進の非同期カウンタの設計ができるようになる． D-FFをもちいた同期順序回路の設計ができるようになる． 冗長性のある回路設計ができるようになる． 3 タイトル 同期順序回路（JK-FF) の設計 事前学習 事後学習 事前学習：第1～2回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 JK-FFをもちいた同期順序回路の設計ができるようになる． 冗長性のある回路設計ができるようになる． 4 タイトル 同期順序回路の解析 事前学習 事後学習 事前学習：第1～3回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 同期順序回路から，その回路の状態の推移を解析することができる． 5 タイトル 論値回路，順序回路のまとめ 事前学習 事後学習 事前学習：第1～4回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 中間テストにより，第1回～第4回の授業全体を通して身に付いた知識や技能の確認を行う． ここまでのまとめを行う． 6 タイトル FPGAを持ちたデジタル回路設計 事前学習 事後学習 事前学習：第1～5回の復習,開発環境のインストール 事後学習：演習問題 授業内容 大規模デジタル回路を実現する手法を説明し，それぞれのメリットデメリットを理解する． FPGAの概要を理解する．FPGA開発の動作環境の使用方法を理解する． 7 タイトル VHDL（ハードウエア記述言語）の基本的書き方 事前学習 事後学習 事前学習：第1～6回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 ハードウエア記述言語の必要性を理解する． ハードウエア記述言語の１つであるVHDLの基本的な回路での記述方法を理解し，実装，評価ボードで動作できる． 8 タイトル VHDLにおける内部信号，if文，Case文を用いた記述方法 事前学習 事後学習 事前学習：第1～7回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 複雑な回路設計を記述するための内部信号の使い方を理解する． if文，Case文を用いて条件により異なる動作を記述する方法を理解する． ７セグデコーダを例に，実際の評価ボードにより，その動作を確認する． 9 タイトル 複数信号をまとめたstd_logic_vectorの使い方, フリップフロップの記述の仕方 事前学習 事後学習 事前学習：第1～8回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 複数の信号をまとめた std_logic_vector の記述方法を理解し，実装できるようになる． フリップフロップの記述方法を理解し，実装できるようになる． 評価ボードで動作を確認する． 10 タイトル 同期カウンタの設計 事前学習 事後学習 事前学習：第1～9回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 N進同期カウンタの動作を理解し，VHDLで実装できる．50MHzのクロックから1秒周期の信号を生成する． ７SEGデコーダと組み合わせて，設計できる． 評価ボードで動作確認できる． 11 タイトル 階層設計・シフトレジスタ 事前学習 事後学習 事前学習：第1～10回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 複数回使用する機能をモジュールとして記述し，階層設計できる． 階層設計にすることで00～99まで1秒間隔でカウントアップするカウンタを設計し，評価ボードで動作確認をする． 12 タイトル チャタリング除去 事前学習 事後学習 事前学習：第1～11回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 SWで発生するチャタリングを除去する原理を理解し，設計，実装できる． 13 タイトル 複合課題 事前学習 事後学習 事前学習：第1～12回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 1/100秒毎にカウントアップする4桁のカウンタを階層設計により設計し，実評価ボードで動作確認する． 14 タイトル ストップウォッチの設計 事前学習 事後学習 事前学習：第1～13回の復習 事後学習：演習問題 授業内容 ストップウォッチの仕様と各モジュールの動作を示し，それに基づいて設計を行う． 15 タイトル ストップウォッチの実装 事前学習 事後学習 事前学習：第1～14回の復習 事後学習：レポート提出 授業内容 第14回の設計に基づいて，評価ボードで動作を確認する． 16 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 17 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 18 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 19 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 20 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 21 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 22 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 23 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 24 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 25 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 26 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 27 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 28 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 29 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 30 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容
＜実務経験のある教員による授業科目の概要＞
FPGAとマイコンからなるシステムで設計・開発を行っていた．FPGAにより構築される回路の動作やタイミングに基づいたマイコンのソフトウェア開発，周辺機器とマイコンとのデータ変換やデータの加工を行うFPGA回路の設計などを行った経験がある．その経験を生かし，ハードウェア記述言語の基本的なノウハウ含め指導する．
＜前年度授業に対する改善要望等への対応＞
初期の課題に対し，マイコンプログラミングをスクリーンに映しながら，受講生と一緒に記述，デバッグするプロセスを授業に入れる予定です．
＜備考＞
(未登録)