🟪 FPGA回路生成AI¶

手持ちのFPGAは以下の3種類。回路設計は初学者レベルなので、AIにやってもらう。人間は部品調達と半田付けを担当する。

開発環境はWindows 11で構築する。Visual Studio Code上のClaude Codeで遠隔操作してもらう予定。

🟩 1. Tang Nano 9K¶

Sipeed製のボードで、中国Gowin社のFPGAを載せています。

ロジック規模: 約8,640 LUT4、ブロックRAM 約468Kbit、乗算器20個、PLL 2個
特徴: 64Mbit の PSRAM をチップに内蔵しているので、外付けRAMなしで大きめのバッファを持てます
ボード: HDMIコネクタ、RGB LCDコネクタ、LED 6個、ボタン 2個、USB-C（書き込み・UARTはBL702が担当）、27MHzクロック
開発環境: Gowin EDA（教育版は無料）。オープンソースの Project Apicula + Yosys + nextpnr-gowin も使えます
向いている用途: HDMI出力の実験、PicoRV32などのソフトCPU、LCD表示。値段に対して機能が多く、入門用として定番です

MuseLab製です。iCE40はビットストリームが解析済みで、オープンソースFPGA開発の元祖にあたる石です。

ロジック規模: 5,280 LUT4、EBR 120Kbit、SPRAM 1Mbit（128KB）、DSP（16×16 MAC）8個、PLL 1個
特徴: 消費電力が非常に小さいです。I2C/SPIのハードIPとRGB LEDドライバを内蔵しています
ボード: 書き込み用のiCELink（STM32）を載せていて、PCからUSBメモリとして見えるので、.binファイルをドラッグ＆ドロップするだけで書き込めます。PMODコネクタ、RGB LED、12MHzクロック
開発環境: Yosys + nextpnr-ice40 + IceStorm の完全オープンソース構成が主流です（Lattice Radiantも可）
向いている用途: オープンソースのツールチェーンを学ぶ入門用、小さなステートマシンやペリフェラルの実験。3枚の中では一番小規模です

LEDビジョンの受信カードを作っているColorlight社のFPGAモジュールです。ノートPCのメモリと同じSO-DIMM形状で、拡張ボード（キャリアボード）に差して使います。3枚の中では最上位です。

ロジック規模: LFE5U-25F（約24K LUT）、ブロックRAM 約1Mbit、乗算器（18×18）28個、PLL 2個。同じ形状のi9はLFE5U-45F（約44K LUT）です
モジュール: 8MB SDRAM（32bit幅）、4MB SPI Flash、ギガビットEthernet PHY×2、25MHzクロック
拡張ボード: USB-C（USB-JTAGとUARTを兼ねます）、HDMI出力、ピンヘッダ P1〜P6、JTAGピン、電源ボタン
開発環境: Yosys + nextpnr-ecp5 + Project Trellis の完全オープンソース構成。Lattice Diamondも使えます。書き込みは openFPGALoader が使えます
向いている用途: LiteX + VexRiscv で Linux を動かす（LiteXが colorlight_i5 として正式に対応しています）、SDRAMを使ったSoC、HDMI出力の実験

具体的なFPGA回路設計はClaudeに丸投げなので、開発環境の操作もVisual Studio Code上のClaude Codeにやってもらう。なので、本wikiの操作説明はClaudeに投げたプロンプトぐらいしかない場合がある。

Tang Nano 9K用統合環境。Yosis+nextpnr+packerで開発する方法もあるが、一部機能が開発中となっている。

Verilogを読み込み、FPGAの基本要素（LUT、フリップフロップ、BRAM、DSP）の組み合わせに変換します。チップの系統ごとに専用コマンドがあり、synth_ice40、synth_ecp5、synth_gowin のように使い分けます。3系統で共通に使うツールです。

合成結果をチップ上のどこに置き、どう配線するかを決めます。タイミング解析もここで行い、到達できる最大クロック周波数を表示してくれます。ピンの割り当ては制約ファイルで指定します（iCE40は .pcf、ECP5は .lpf、Gowinは .cst）。

各社が公開していないビットストリームの形式を、リバースエンジニアリングで解析したプロジェクトです。nextpnrが使うチップの内部構造データと、配置配線の結果を実際のビットストリームに変換するツールを提供しています。