FPGAs

Materialien zum Buch . . . 13
1. Los geht' s: FPGAs für Maker und Kreative . . . 15

1. 1 . . . Über dieses Buch: Was Sie lernen werden und was Sie schon können sollten . . . 15
1. 2 . . . Ihr Weg durch dieses Buch . . . 18
1. 3 . . . Was sind FPGAs? . . . 20
1. 4 . . . Sprachen, Tools und Konzepte . . . 23

TEIL I. Einstieg in die FPGAProgrammierung . . . 27
2. FPGAs verstehen . . . 29

2. 1 . . . Grundlagen und Überblick: Die FPGA-Technologie verstehen . . . 30
2. 2 . . . Die FPGAs, die in diesem Buch verwendet werden . . . 59
2. 3 . . . Was ist der richtige FPGA für Ihr Projekt? . . . 68
2. 4 . . . Andere FPGAs und Regulatorien . . . 73
2. 5 . . . Open-Hardware- und EDU-Boards . . . 75

3. Offener Quellcode, offene Hardware . . . 85

3. 1 . . . Kein Ablaufdatum und zeitlos gültig: Open-Source-Software und -Hardware . . . 85
3. 2 . . . Die Open-Source-Toolchain und die Freiheit der Entwicklung . . . 87
3. 3 . . . Das IceZero-Board für den Raspberry Pi . . . 88
3. 4 . . . Der Tang Nano 9K . . . 91
3. 5 . . . Die Vor- und Nachteile der Anschlüsse beider FPGA-Boards . . . 92
3. 6 . . . Die Open-Source-Toolchain für das IceZero- und das Tang-Nano-Board . . . 95
3. 7 . . . Die Hersteller-IDE für den Tang Nano 9K . . . 95
3. 8 . . . Beide FPGAs gleichzeitig am Raspberry Pi nutzen . . . 96

4. Software-Entwicklung leicht gemacht . . . 99

4. 1 . . . Die Hardware-Beschreibung mit Verilog . . . 100
4. 2 . . . Hardware-Beschreibung vs. Programmierung . . . 101
4. 3 . . . Die Idee und die FPGAs im Rampenlicht, KI im Support . . . 102
4. 4 . . . Einen FPGA mit Prompts designen . . . 111
4. 5 . . . Tipps und Tricks beim Prompten . . . 115

5. Offene Tools und Setup . . . 119

5. 1 . . . Unsere Steuerzentrale: Der Raspberry Pi . . . 120
5. 2 . . . Die Entwicklungsumgebung einrichten . . . 125

6. Erste Schritte mit FPGAs und dem Raspberry Pi . . . 143

6. 1 . . . Der iCE40HX auf dem IceZero-Board . . . 147
6. 2 . . . Der Tang Nano 9K . . . 158
6. 3 . . . Sind die Toolchain-Komponenten austauschbar? . . . 171
6. 4 . . . Quellcode-Editoren für Verilog . . . 172
6. 5 . . . Die Ausgabeinformationen der Toolchain verstehen . . . 177

7. Die Grundlagen von Verilog . . . 183

7. 1 . . . Aufbau und Struktur . . . 183
7. 2 . . . Ein erstes Code-Beispiel . . . 186
7. 3 . . . Datentypen . . . 187
7. 4 . . . Konstrollstrukturen . . . 194
7. 5 . . . Von der Software zur Hardware: Automatische Codegenerierung für FPGAs . . . 196

8. Ablauf eines FPGA-Designs . . . 201

8. 1 . . . Entwicklungsschritte . . . 201
8. 2 . . . Aufbau und Ablauf der FPGA-Projekte in diesem Buch . . . 204

TEIL II. Praxis und Projekte . . . 207
9. Projekte mit dem IceZero . . . 209

9. 1 . . . I/O: Interaktion mit der Außenwelt . . . 210
9. 2 . . . Einen Takt ausgeben . . . 224
9. 3 . . . Einen Zähler implementieren . . . 233
9. 4 . . . RGB-LEDs ansteuern . . . 237
9. 5 . . . Serielle Daten übertragen . . . 252
9. 6 . . . Web-Control-Server . . . 276
9. 7 . . . Retrospektive: Erlernte Grundlagen . . . 283
9. 8 . . . Mehr zu Testbench-Techniken: Simulation und Test von digitalen Signalverarbeitungssystemen . . . 287
9. 9 . . . Mehr zu Makefiles: Automatisierung . . . 293

10. Projekte mit dem Tang Nano 9K . . . 295

10. 1 . . . I/O: Die 48 GPIO-Pins des Tang Nano 9K . . . 295
10. 2 . . . Die Taster des Tang Nano 9K . . . 301
10. 3 . . . Der Takt des Tang Nano 9K . . . 301
10. 4 . . . Der Speicher eines FPGAs . . . 301
10. 5 . . . Eine UART-Schnittstelle . . . 310
10. 6 . . . Ein SPI-LCD ansteuern . . . 331
10. 7 . . . Ein OLED-Display ansteuern . . . 337
10. 8 . . . Ein OLED-Display mit Bildanzeige . . . 364
10. 9 . . . Ein OLED-Display mit Text-Engine . . . 370
10. 10 . . . Ein OLED-Display mit Bargraphen (und die Frage, wann Zufall wirklich zufällig ist) . . . 403
10. 11 . . . Ein OLED-Display mit ADC-Ausgabe . . . 427
10. 12 . . . Einen Servo steuern . . . 477
10. 13 . . . Retrospektive: Wie passt das alles zusammen? . . . 483

11. Spezialthemen -- kurz angerissen . . . 487

11. 1 . . . Schleifen . . . 487
11. 2 . . . Generate-Anweisungen . . . 490
11. 3 . . . Pipelining . . . 492
11. 4 . . . Taktdomänen (Clock Domains) . . . 496
11. 5 . . . Crossing Clock Domains . . . 499
11. 6 . . . Die Bezeichnungen »größer« und »breiter« . . . 502
11. 7 . . . Die Simulation stoppen . . . 504
11. 8 . . . IP-Cores . . . 505
11. 9 . . . Grundlagen zu SerDes in FPGA-Systemen . . . 507
11. 10 . . . Phase-Locked Loops (PLL) . . . 509
11. 11 . . . Delay-Locked Loops (DLL) . . . 510
11. 12 . . . Multiplexer und Demultiplexer . . . 512
11. 13 . . . Das Shift-Register . . . 513
11. 14 . . . RISC-V-Softcore-CPU . . . 514
11. 15 . . . Retrospektive: Gut, mal gehört zu haben . . . . . . 518

12. Die Community und weiterführende Ressourcen . . . 519

12. 1 . . . Machen Sie bei Open-Source-Communitys für Maker mit . . . 519
12. 2 . . . Retro-Messen: Entdecken Sie 8-Bit-Computer und Emulatoren . . . 521
12. 3 . . . Der MEGA65 . . . 522
12. 4 . . . Im Gespräch mit einem FPGA-Entwickler . . . 530

13. Ihr Traumprojekt: Legen Sie los! . . . 533
Danke und bis bald! . . . 535
Index . . . 537