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ここでは、ファームウェアの書き込み方法について記述する。もともとのドキュメントは RCNP 白鳥氏が書いたものがあり、それを編集しなおしたものである。
AMANEQ を利用する場合、本体にファームウェアを書き込む必要がある。また、HR-TDC mezzanine (GN-1644-1) ボードを利用する場合は、このボードにもファームウェアを書き込む必要がある。ちなみに、ファームウェアの書き込み作業のことを正式にはファームウェアのダウンロードと呼ぶようであるが、このマニュアルではあまり気にせず、どちらの言葉も使用している。2024年10月現時点では、新規にAMANEQを購入した場合、なにもファームウェアがない状態で納品される模様（今後、なんらかのデフォルトファームウェアが書き込まれて出荷される可能性もある）。AMANEQ、および HR-TDC メザニンには AMD Xilinx の FPGA チップを利用しており、ファームウェアの書き込みで用いるソフトウェアは Vivado を用いる。AMANEQ および HR-TDC メザニンカード用のファームウェアは mcs ファイルと呼ばれる不揮発性のメモリ (電源を切っても記憶しているメモリ) に書き込むものと bit ファイルと呼ばれる揮発性のメモリ (電源を切っても記憶しているメモリ) に書き込むものの 2 種類が存在する。mcs ファイルの書き込みは数分程度かかる一方で、bit ファイルの書き込みは数十秒程度で終わる。そのため、テスト的にファームウェアの動作検証をしたい場合、もしくは一時的に特定のファームウェアが必要な場合 (例えばジッタークリーナーの設定の際は LR-TDC のファームウェアが必要) に bit ファイルを用いる。ただ、bit ファイルは電源を切ると書き込んだ内容が消えてしまうため、パワーサイクル (電源を落としてから再投入すること) を繰り返しても同じファームウェアを用いたい場合、mcs ファイルを不揮発性メモリに書き込む。新規に購入したボードのセットアップをする場合、よくやる手としては、まず bit ファイルでいろいろと設定したのち、実験の本番で使う mcs ファイルを書き込む。
mcs ファイル、もしくは bit ファイルは AMANEQ 本体、または HR-TDC メザニンカードについている JTAG 経由で書き込みを行うことができる。この書き込み方法に加えて、AMANEQ 本体への mcs ファイルの書き込みは、ネットワーク経由で行うこともできる。ただし、AMANEQ 本体にすでに何らかのファームウェアがすでに書き込まれていることが前提である。HR-TDCメザニンカードにはネットワーク経由でファームウェアを書き込むことはできない。また、bit ファイルの書き込みは JTAG 経由でしかできない。
このページでは準備として、書き込みに必要な Vivado と ダウンロードケーブルについて述べたのち、以下の書き込み方法を順番に説明する。
2024年9月現在、Vivado 2024.1 というバージョンが最新であるが、安定して動くことが分かっている Vivado 2023.2 を用いることが多い。ただ、論理合成、配置配線などを行うわけではなく、単に書き込むだけなので、あまりバージョンは気にしなくてよいと思われる。
JTAG 経由で firmware の ダウンロードを行う場合、JTAG と Vivado がインストールされているコンピュータをケーブルでつなぐ。ケーブルはいくつか種類があるが、代表的なものとして、AMD Xilinx 純正の USB download cable と DIGILENT の programming cable がある。DIGILENT の方が安くてコンパクトなのでおすすめである。2024年10月現在、Xilinx の cable が 270 ドル、DIGILENT の cable が 59 ドルである。
cd <hul-common-lib>/install/bin ./flash_memory_programmer 192.168.10.16 <path to mcs file directory>/amaneq-4-strlrtdc-v2.5.mcs
(あとで追記)
2024/10/18 小林 信之 (大阪大学RCNP)