HDL設計編｜400chパルスジェネレータを半日で構成する
HDL Design of a 400-Channel Pulse Generator: Built in Half a Day Using Modular Architecture
English Summary
In this step, we designed a 400-channel pulse generator using a modular HDL approach.
- Each module handles 2 channels
- Total: 200 modules → 400 channels
- An address decoder controls pulse width and timing
All modules and testbenches were generated and verified through simulation.
The entire design was completed in about half a day, which would normally take several days manually.
The next step is hardware validation using a debug board.
はじめに
回路図設計が終わった段階で、次はFPGAのHDL設計に入ります。
今回のポイントは、
👉 400チャンネルをどう分割して構成するか
です。
全体構成の考え方
いきなり400チャンネルを1つの塊として設計するのではなく、
まずは分割して考えるところからスタートしました。
2チャンネル単位のモジュール化
今回の設計では、
- 2チャンネル = 1モジュール
という構成にしました。
つまり：
- 2chモジュール × 200個 = 400ch
この分け方にすることで、
- 設計がシンプルになる
- 再利用しやすい
- 検証しやすい
というメリットがあります。
パルス生成モジュール
まず最初に作成したのが、
2チャンネル分のパルス生成モジュールです。
ここでは：
- パルス幅
- スタート位置
を制御できる構造にしています。
この部分は、
👉 指示を出すだけで比較的すぐに生成できました
さらに、
- シミュレーションパターンも同時に作成
してもらい、
👉 この時点で「動きそうだな」という状態まで確認
できました。
アドレスデコーダの設計
次に必要になったのが、
👉 アドレスデコーダ
です。
400チャンネルすべてに対して、
- パルス幅
- スタート位置
を設定する必要があるため、
👉 外部から制御できる仕組み
を用意しました。
今回は少し特殊なインターフェースを使っていますが、
- アドレスで対象チャンネルを選択
- 設定値を書き込む
という構成になっています。
この部分も同様に、
- HDL生成
- シミュレーションパターン生成
まで一括で行い、
👉 問題なく動作することを確認
しています。
全体統合（トップ設計）
最後に、
- 2chモジュール × 200
- アドレスデコーダ
をまとめて、
👉 パルスジェネレータ全体
を構成しました。
検証方法
ここでも同様に、
👉 シミュレーションパターンを作成
して検証しています。
ただしこの段階では、
- 全チャンネルを完全に使い切る検証は行わず
- 最低限動作する構成
に絞っています。
👉 まずは動くものを作る
という方針です。
半日でここまで到達
ここまでの作業時間は、
👉 約半日
です。
正直なところ、
- 手書きでHDLを書く場合
👉 3〜4日以上はかかる内容
です。
生成AIによる設計の変化
今回の設計では、
👉 VHDLを生成AIで構築
しています。
その結果、
- モジュール生成
- テストベンチ生成
- 動作確認
までを一気に進めることができました。
👉 設計の初速が圧倒的に速くなった
と感じています。
この時点での状態
この段階では、
- シミュレーション上では動作確認済み
- まだ実機検証は未実施
という状態です。
次回予告
次は、
👉 デバッグボード編（実機検証に入る準備）
に進みます。
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