FPGA マガジン No.18 Google も推す新オープンソース CPU RISC-V づくり

最近注目されている新オープンソース CPU“RISC-V”について, ARM などの CPU と比較しながらアーキテクチャについて解説します.後半では MAX10 と Artix-7 の 2 つの FPGA に実装してサンプル・プログラムを走らせたり, カスタム命令を追加してその性能を評価します.

★目次

☆特集 Google も推す新オープンソース CPU RISC-V づくり

●プロローグ なぜ RISC-V が注目されるのか

●第 1 章 これでスッキリ! RISC-V を取り巻く現状

●第 2 章 初めての RISC-V アーキテクチャ

●第 3 章 俺々 RISC-V の仕様検討

●Appendix1RISC-V コアの HDL 記述の実際

●第 4 章 俺々 RISC-V の FPGA への実装

●Appendix2 RISC-V 検証用テスト・プログラムによる動作確認

●第 5 章 俺々 RISC-V のプログラム作成

●第 6 章 俺々 RISC-V へのカスタム命令の追加

●Appendix3 ハードウェア & ソフトウェア開発環境の構築

☆特集関連

●Design Solution Forum へのお誘い

●ソフトウェアとして記述した C をハードウェアとして動かすには

☆最新技術

●Cyclone V SoC 搭載 最新ボード“DE10-Nano”登場!(セットアップ編)

●ソフトウェア無線を実現する Xilinx 社の RFSoC 登場

●高性能 FPGA 用電源の課題とディジタル制御電源のメリット

☆技術解説

●MIPI PHY 規格の概要

●Linux 上から大容量 SATA ストレージにダイレクト・アクセス!

●MAX10-FB 基板対応拡張ボードで試す LCD & カメラ

●MIPS 本家から登場 FPGA 実装向けコア“MIPSfpga”を動かす

☆コラム

●FPGA ディープラーニング実践懇親会

●“PDF 版”FPGA マガジンのご案内
●読者プレゼント

『FPGA マガジン No.18』は、CQ 出版の FPGA 専門誌の 1 号で、特集「Google も推す新オープンソース CPU RISC-V づくり」として、オープンソースの CPU である RISC-V を自分で仕様から組み立て、FPGA に実装して動かすまでを扱っています。副題は「仕様の検討から FPGA への実装, サンプル・プログラムの動作確認まで」で、編者は FPGA マガジン編集部です。版元ドットコムの紹介文では、ARM などの CPU と比較しながら RISC-V のアーキテクチャを解説し、後半で MAX10 と Artix-7 の 2 つの FPGA に実装してサンプル・プログラムを走らせ、カスタム命令を追加してその性能を評価すると説明されています。刊行は 2017 年 8 月です。

特集の構成、RISC-V が注目される理由からカスタム命令まで

特集は「なぜ RISC-V が注目されるのか」と題したプロローグで始まり、第 1 章「これでスッキリ! RISC-V を取り巻く現状」、第 2 章「初めての RISC-V アーキテクチャ」と、RISC-V の位置づけと命令セットの理解から入ります。第 3 章「俺々 RISC-V の仕様検討」で独自のコアの仕様を決め、Appendix1 でコアの HDL 記述を示したうえで、第 4 章「俺々 RISC-V の FPGA への実装」に進みます。Appendix2 は検証用テスト・プログラムによる動作確認、第 5 章は「俺々 RISC-V のプログラム作成」、第 6 章は「俺々 RISC-V へのカスタム命令の追加」で、Appendix3 がハードウェアとソフトウェアの開発環境の構築にあてられています。

命令セットの拡張領域と FPGA のソフトコアという技術背景

RISC-V は CPU の命令セットアーキテクチャの仕様を公開し、誰でも実装できるようにしたもので、小さな整数命令の基本セットに、乗除算や浮動小数点などの拡張を必要に応じて足していく構成をとります。命令の符号化にはユーザーが独自の命令を割り当てるための領域があらかじめ用意されており、特定の処理だけを速くする命令を追加して、ソフトウェアだけで書いた場合との差を測るという実験がしやすい設計です。FPGA は回路の構成を書き換えられる半導体で、HDL で記述した CPU をソフトコアとして載せれば、命令を 1 つ足すたびに論理合成から実機での実行までを手元で繰り返せます。本号の第 6 章のようなカスタム命令の題材は、この 2 つの性質が重なるところにあります。

特集の外に並ぶ FPGA の技術記事

専門誌の 1 号なので、特集以外の記事も収められています。特集関連として Design Solution Forum への案内と、ソフトウェアとして記述した C をハードウェアとして動かす方法の記事があり、新しい製品や技術を紹介する欄には Cyclone V SoC を載せたボード DE10-Nano のセットアップ編、Xilinx 社の RFSoC、高性能 FPGA 用電源とディジタル制御電源の記事が並びます。技術解説は MIPI PHY 規格の概要、Linux から大容量 SATA ストレージへの直接アクセス、MAX10-FB 基板対応の拡張ボードで試す LCD とカメラ、MIPS 本家から登場した FPGA 実装向けコア MIPSfpga の 4 本です。

版元の分類と、刊行時点の開発環境

版元の分類は電子通信の専門書 (C コード C3055) です。低レイヤーの技術書の選び方 は、CPU の仕組みを全体像からつかむ本を扱います。開発環境やボードは刊行時点のものが前提です。そのうえで、命令セットを自分で決めてコアを組み、カスタム命令の効果を数字で確かめるところまでを 1 冊の特集で通して扱います。