Tang Primer 25K（Sipeed）はFPGAチップとしてAroraシリーズのGW5A（GOWIN）を搭載しています(1)．
FPGAチップと電源IC，Flash ROMはSoMに搭載されています．このSoMを利用するメインボードを自作するための情報を記します．
具体的には，自作したボードを使ってLEDの点滅を行います．
次にモータを回すためのボードも作ります．
コンフィグレーション -Configuration-
GW5Aで使えるコンフィグレーションの種類
GW5Aのコンフィグレーション方法として，
- MSPI（Master SPI)
- SSPI（Slave SPI)
- Master Serial
- Slave Serial
- Master CPU
- Slave CPU
- JTAG
などが用意されています．
Tang Primer 25Kに搭載されている GW5A-MG121N は，MSPIとJTAGに対応しています．
＜GW5A シリーズ FPGA 製品回路図 ユーザーガイド
UG987-1.1.2J, 2024-03-13, P12＞
コンフィグレーションモードはMODEピンで設定する
どのコンフィグレーション方法を使うかは，MODEピンの設定で切り替えられます．
回路規模が小さめのデバイスは，MODE[1:0] で設定します．（MG121Nはこちら）
回路規模が大きめのデバイスは，MODE[2:0] で設定します．
JTAGでコンフィグレーションする場合は，MODEの設定は無視されます．
＜GW5A シリーズ FPGA 製品回路図 ユーザーガイド
UG987-1.1.2J, 2024-03-13, P12＞
Tang Primer 25Kの場合
Tang Primer 25Kに搭載されている GW5A-LV25MG121 は，JTAGによるコンフィグレーションのみに対応しています．
下記のドキュメントが間違っておりました．JTAGとMSPIに対応しているようです．
Tang Primer 25KではSoMにしろDockにしろボード上には，MODEピンは引き出されていません．チップ内部で結線されており，2'b01の固定値になっているので，デフォルトでMSPIモードで起動します．
＜GW5A シリーズ FPGA 製品回路図 ユーザーガイド
UG987-1.1.2J, 2024-03-13, P26＞
基板製作 -How to make a board-
SoMには60ピンのコネクタ DF40C-60DP-04V(51) が2つ搭載されています(3)．このコネクタと対になるレセプタクルは，DF40C-60DS-0.4V(51) です．
SoM側がプラグ，Dock側がソケットです．
筆者は，SoMのほぼ全ピンを引き出す基板を作って，LED点滅で動作を確認しました．
SoMの裏面
コンフィグ方法1：MSPI -Master SPI-
配線 -Wiring-
SoMに搭載されたフラッシュ・メモリからビットストリームを読み込んでコンフィグレーションする方法です．
Tang Primer 25K（Sipeed）のSchematicsによると，コンフィグレーションに関係するバンク4/5/10は，SoM内でVDD_3V3に接続されており，各バンクへ電源が供給されている．従って，次のピンだけ接続すれば，コンフィグレーションを含め一連の動作を確認できる．
＜Tang_Primer_25K_52300_Schematic.pdf(3)＞
| SoM(GW5A) | 接続先 | 説明 |
|---|---|---|
| D8_RECONFIG | 5.1k -> VDD_3V3 | PullUP |
| E8_READY | 5.1k -> VDD_3V3 | PullUP |
| D7_DONE | 5.1k -> VDD_3V3 | PullUP(プルアップしなくてもよいと思われ） |
| VCCIO0/1 | VDD_3V3 | バンク0/1の電源 |
| H5_IOT61A | LED Anode | 動作確認用LEDアノード |
| GND | LED Kathode | 動作確認用LEDカソード |
＜UG987-1.1.2J，P8＞
手順 -procedure-
予めDockなど，SoMとは別なボードを使って，SoMのフラッシュメモリにコンフィグレーションデータを書き込んでおく（もしくは次のJTAG接続による方法を使ってフラッシュに書き込む）．
電源を入れると，SoM上のフラッシュのデータでコンフィグレーションされる．
筆者は， H5 でLEDを点滅させるデザインを書き込んでおいた．
前述の通り，コンフィグレーション・モードは MODE1 になっているので，電源を入れると自動的にMSPI経由でコンフィグレーションされる（コンフィグレーション・データは，SoM上のフラッシュメモリから読み出される）．
コンフィグ方法2：Configuration by using JTAG
AE-FT2232を使ってJTAG接続する．
配線 -Wiring-
| SoM側（Tang Primer 25K） | FT2232側 |
|---|---|
| JTAG-TCK | AD0(5.1kでプルダウン) |
| JTAG-TMS | AD3 |
| JTAG-TDO | AD2 |
| JTAG-TDI | AD1 |
＜UG987-1.1.2J，P16＞
手順 -procedure-
書き込みには openFPGALoader を使う．
Windowsでは，openFPGALoaderを使う場合，ドライバは WinUSB にする．
Zadigでドライバを入れ替える．
(Gowin Programmerを使う場合は，WinUSBでは動かないと思われる）
次のコマンドで，GW5Aが見えればOK．
$ openFPGALoader --detect
SRAMに書き込み -Write to SRAM-
ビットストリームのファイルが pmod_led.fs であれば，次のようにすると書き込める．
$ openFPGALoader pmod_led.fs
フラッシュに書き込み -Write to flash memory-
openFPGALoaderに -f オプションを付けると，ビットストリームをフラッシュ・メモリに書き込みます．
$ openFPGALoader -f pmod_led.fs
BLDCモータ制御用ボードの製作 -Make board for BLDC-
LED点滅に成功し，SoMを使えることが分かったので，元々作りたかったボードを作ってみます．
モータ制御用のゲートドライバICに信号を出すためのボードです．
ドライバ・ボード（ゲートドライバICが載っている）に重ねて使うボードを作るのですが，元々載っていたSTM32マイコンボードを換装する用途なので，自作するボードにはNUCLEO用のピンヘッダも搭載します．
他にも，5VのDC-DCコンバータや，A-Dコンバータ，スイッチ，CANトランシーバ・モジュール（WS2812B，RJ45付）を自作基板上に載せます．
コンフィグ
コンフィギュレーション動作をディレイできるように， Ready ピンを引き出しておきました．ピンヘッダとジャンパ（黄）でプルアップするか，GND直結するかを選べるようにしておきました．
（ GW5Aは， Ready がHiになるまでコンフィグレーションが始まらない）
やってみた結果，基本的にはプルアップしておけば，特に起動シーケンスを気にしなくても正常にコンフィグレーションされるようです．条件によるかもしれませんが，試した範囲では，Ready ピンをオープンにしておいても，コンフィグレーションされていました．
Windowsの場合，ドライバをFTDIUSBにしておけば，GOWIN EDAに付属するProgrammerからも書き込みできます．その場合はProgrammerの設定で，Through GAOの方を選びます．SRAM，Flashともに書き込みできました．
動作
そして，モータもバッチリ回りました．
回路図 -Schematics-
参考文献
(1)Sipeed Wiki Tang Primer 25K
https://wiki.sipeed.com/hardware/en/tang/tang-primer-25k/primer-25k.html
(2)FPGA.tokyo，写真館
https://fpga.tokyo/primer25k/
(3)Tang Primer 25K Schematic
https://dl.sipeed.com/shareURL/TANG/Primer_25K/02_Schematic
(4)物理図面
Tang_Primer_25K_52300_Dimension.pdf
(5)JLCPCB
https://jlcpcb.jp/capabilities/pcb-capabilities
(6)全体の構成
https://fpga.tokyo/bldc2/