Tang Primer 25KのSoMを載せるボードを作る

　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．

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．

コンフィグ方法1：MSPI -Master SPI-

配線 -Wiring-

　Tang Primer 25K（Sipeed）のSchematicsによると，バンク4/5/10はSoM内でVDD_3V3に接続されている．従って，次のピンだけ接続すれば，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．

　次のコマンドで，GW5Aが見えればOK．

$ openFPGALoader --detect

　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

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