まずは本体 MAX10-FB から

本来 買った MAX10-FB にはファームウェアが書き込まれていて
MAX10-JB の J1~J4をショートしたうえで MAX10-FB と繋いで
電源を入れれば MAX10-JBの PICへファームウェアが転送される
仕組みだったようです

ところがうまく書き込まれず
後から気づいたのですが 次の図の裏面 12ヵ所の赤丸
ジャンパを全てはんだを盛ってショートさせる必要がありました
そうしないと MAX10に電源が入らない

表の J1 も黄色ジャンパ取りつけてショートしました
これは MAX10のブートセレクトらしく
バックアップファームウェアを使わないようにします

また うまく書き込まれたとしても
Windowsからしか USB Blasterを認識できないファームウェアのようです
結局 次の手順で Linux対応のファームウェアを
MAX10-JBへ直接書き込むことにしました

MAX10-JB の PICへ USB Blasterを直接書き込む

幸い PICライタが手元にあるので
PICライタを使って 次のように直接 MAX10-JB へ
ファームウェアを書き込む方法を取りました

PICkitとの接続ピンアサインは次の通り
5本のケーブルで PICkitへつなげます
(Vss と Vdd は分かりづらいですが それぞれ
裏面のピンヘッダで GND と 3.3V です)

次の書き込むファームウェアは何を使うかですが
当初 サポートサイト で配布されている
Linux対応ファームウェア「USB_JTAG.zip」 を
PIC用の開発環境 MPLAB X IDE にてビルドしたのですが
結局USBデバイスとして認識されませんでした

そこで見つけた別サイト USB-Blasterもどきの製作にて
ビルド済のファームウェアが配布されて使えたため この方法を紹介します

まず MAX10-JB を改造して USB-Blasterもどきの製作
紹介されている 回路図相当へ変更します (電子工作が必要)

この写真の赤丸の通り 次の改造を行います

• PICの 6番ピンと9番ピンを 100Ω抵抗経由で接続
• PICの 11番ピンと16番ピンを 100Ω抵抗経由で接続
• 抵抗R2の PIC側を切って 抵抗の足と PICの10番ピンを接続
• 裏面の写真の通り PICの 7番ピンと J7 の遠い側のピンを接続

次に USB-Blasterもどきの製作 から
ub7.zip をダウンロードして中に含まれている
Blaster7SPI.hex を取り出し
PICkit経由で MAX10-JBの PICへ書き込みます

さらに MAX10-JBの USB接続が Linuxで認識されたとき
/dev/usbblaster/ のデバイスファイルを作成するよう
UDEVへ設定を追加します
/etc/udev/rules.d/51-usbblaster.rules
の次の内容のファイルを作成しておきます

# Intel/Altera USB-Blaster
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6001", MODE="0666", SYMLINK+="usbblaster/%k"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6002", MODE="0666", SYMLINK+="usbblaster/%k"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6003", MODE="0666", SYMLINK+="usbblaster/%k"
#
# Intel/Altera USB-Blaster II
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6010", MODE="0666", SYMLINK+="usbblaster2/%k"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6810", MODE="0666", SYMLINK+="usbblaster2/%k"

これでようやく準備が整ったので
MAX10-JB の J5, J6, J8 をショートして
MAX10-FB と合体した状態で LinuxへUSB接続します
dmesg で次のメッセージが出れば認識されてます

[1104123.251726] usb 8-1: new full-speed USB device number 66 using xhci_hcd
[1104123.432341] usb 8-1: New USB device found, idVendor=09fb, idProduct=6001, bcdDevice= 4.00
[1104123.432346] usb 8-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[1104123.432349] usb 8-1: Product: USB-Blaster
[1104123.432351] usb 8-1: Manufacturer: Altera
[1104123.432353] usb 8-1: SerialNumber: 00000000

MAX10-FB で Lチカ

ここから実際に Quartus Primeで回路合成を試してみます
MAX10-FB には フルカラーLED が搭載されているので
まず簡単な記述で LEDを光らせます

Quartus Primeは 次のコマンドで起動します

$ ~/intelFPGA_lite/22.1std/quartus/bin/quartus &

本格的な IDE風の GUIです

他の IDEと同じく開発物は プロジェクト単位で管理します
メニュー File – New Project Wizard から新規プロジェクトを作成します
プロジェクトは ホーム直下に QuartusPrime ディレクトリを作り
そこにプロジェクト毎のディレクトリを作るようにしました

空のプロジェクトを作ったので 必要な設定を行います
ターゲットデバイスが MAX10で シミュレータが ModelSim であることを設定します

メニュー Assignments – Device にてターゲットデバイスを指定します
Family にて MAX10 を指定して Available device にて
今回の MAX10-FBに載っているチップ 10M08SAE144C8G を選択します

なお Boardタブを見ても MAX10-FBのボードは登録されてないようです
ピンアサインなどはこの後 手動で指定するので問題ないです

次に開発ツールの設定に入りますが その前に
Tools – Options の Generalにある EDA Tool Options にて
ModelSimの実行プログラム置き場所を設定しておきます

メニュー Assignments – Settings の EDA Tool Settings で
EDA(半導体設計支援) 関連の設定をしていきます

まず Design Entry/Synthesis にてコンパイラを指定します
とりあえず？的に Precision Synthesis を指定

次に Simulation にてシミュレータを指定します
先ほどインストールした ModelSim を選択します
Format for output netlist には回路記述言語を指定しますが
ここでは Verilog-HDL を使うことにします

それでは準備が整ったので 回路を記述していきます
今回は Verilog-HDL のみ使い 高位合成は使いません

Verilog-HDLのソースファイルをプロジェクトへ追加します
拡張子は .v なお関連する拡張子は次の種類があります
(こちらで 把握できた分なので 全てを網羅していません)

では メニューの File – New から
種類として Verilog HDL File を指定して新規ファイルを開きます

仮のファイル名のため File – Save As で一旦ファイル名を変えます
Lchika1.v としました
また その際 Add file to current project へチェックを入れておきます

これで図の通り Lchika1.v が編集用に開かれ
また Navigator を Files に切り替えると プロジェクトに加わった
状態となっていることが分かります

次のように Verilog-HDLの文法で記載します

`define COUNT_MS 4000000

module Lchika1 (
 input wire clock,
 input wire button,
 output wire [2:0] led
);
 reg [2:0] led_counter;
 reg [25:0] counter;
 reg cnt_clock;
 reg cnt_user;

 initial begin
   led_counter = 3'd0;
   counter = 26'd0;
 end

 always@(posedge clock) begin
   counter <= counter + 26'd1;
   if (counter == `COUNT_MS) begin
     counter <= 26'd0;
     cnt_clock <= 1;
   end else begin
     cnt_clock <= 0;
   end
 end

 always@(button) begin
   cnt_user <= button;
 end

 always@(negedge (~cnt_user || cnt_clock)) begin
   led_counter <= led_counter + 3'd1;
 end

 assign led = led_counter;

endmodule

ここでは HDLの文法解説は省略しますが
入力として clock (クロック) と button (基板の押しボタン)
出力として 3bit長の led (各bit R G B の LED光に対応)
の 3パラメータ を使った回路です

動作としては
clock もしくは button の変化をトリガとして
led値をインクリメントすることで LEDを 8色順番に光らせます
clock は 400万カウント(約0.1秒)後にトリガを出します

これを一度コンパイルしてみます
メニューの Processing - Start Compilation で
デザインに問題なければ Full Compilation was successful になります

デザインは問題なさそうなので
実機にプログラムする前に シミュレータで動作検証します
シミュレーションするには テストベンチを記述します

メニューの Processing - Start - Start Test Bench Template Writer
により テストベンチのテンプレートを生成してくれます
(プロジェクトの保存フォルダ)/simulation/modelsim/Lchika1.vt
が生成されます

これを File - Open から開いて必要な処理を記述します
図の赤枠部分が 変更・追記 した部分です

まず シミュレーションのタイムスケール設定
1 ps/ 1 ps
では ピコ秒単位のシミュレーションは細かすぎるので
10 ns/ 1 ns
としました

あとは initialの初期化ブロックや alwaysの順序回路ブロックへ
clockの挙動を記載しました
#1 clock <= ~clock; というのは 1タイムスケール後に ビットを反転する指定です これで 50MHz のクロック動作となり 実機の動作(48MHz)に近くなります また alwaysブロック内の @eachvec の記載は ループ処理が停まる要因なので コメントアウトします
出来上がったテストベンチを登録します
メニューの Assignments - Settings の EDA Tool Settings - Simulation
にて NativeLink Settings の Test Benches... ボタンを押します

テストベンチが登録できる画面で 次の図のように登録します
まず Test bench and simulation files で
使った Lchika1.vt を登録して (Add を押してリストに追加する)
デザインのモジュール名 や テストベンチのモジュール名 を指定
Simulation period は LEDの挙動を一通り見るため 500ms を指定

ModelSim を起動させてシミュレーションさせます
メニューの Tools - Run Simulation Tool - RTL Simulation
を実行します

500ms分のシミュレーション(run 500ms)が行われ 少し待たされます
結果は時系列グラフが表示されるので Zoom Full で全体を見渡します
led の挙動の変化を見て 意図通り動作していると確認できます

シミュレーションは Zoom In/Out で任意の時間帯を確認できます
clock の動作の詳細を見るため Zoom In を20回くらい押すと
図の通り 100ns間に 10回ほど切り替わっており 50MHzと確認できます

検証も問題なさそうなので 開発を継続します
今回の入出力となる clock button led を実機のI/Oピンと紐づけます

なお MAX10-FB のボードは次のピンアサインとなっているので
これに合わせる形です

メニューの Assignments - Pin Planner を選択します
Pin Planner の画面では clock button led のワイヤが
既に登録されているので
それぞれ Locationの部分をダブルクリック PINを割り当てます

Pin Planner の設定が終わったら 再度コンパイルしておきます
メニュー Proccessing - Start Compilation

いよいよ 実機にプログラムします
メニューの Tools - Programmer が書き込みアプリケーションです

まず USB Blasterが認識されていることを確認します
次に書き込みイメージの確認です
今回は SRAMへ書き込むので .sof を指定します

SRAMへの書き込みは 即座に実機の回路へ反映されますが
電源を切ると設定内容が消えます

うまくいけば次の アニメーションGIFのように動作します

MAX10 MAX10-FB基盤

マルツにて販売されていた FPGAを思わず購入しました

FPGAとしては Intel社(旧ALTERA社)製の MAX10 を使っています
MAX10シリーズの中でもエントリレベルの LE(ロジックエレメント)数
8000なので ファミコンなどの 8bit機のエミュレータくらいは作れるかと

図の右側が MAX10チップを使っている 本体基盤 MAX10-FB
図の左側が USB Blaster互換のJTAGデバッガ兼書き込み機 MAX10-JB
2つをセットで買いました

本当は 解説本 をセットで買うべきですが
ケチって自力で勉強しようとしてます

中に入っていた基盤は写真の通り
特に左のJTAG基盤は パッケージに「お買い上げ後すぐに使えます」
と書いてあったが そうでもなくいろいろ準備が必要 こちらを参照