#【本稿の目的】
Interface 2021年12月号の付録として「USB接続でサッ！GOWIN FPGA登場　5000円ボードで始めるFPGA開発」という別冊付録がついており、FPGAを「Gowin RUNBER Development Board」という評価ボードを使ってFPGAを体験してみるといった内容になっています。

Interface 2021年12月号
https://interface.cqpub.co.jp/magazine/202112/

ただ、上述評価ボードを使ったサンプルコードは載っていますが、詳しくハードウェアについては記載がなく、応用的なチャレンジをするためには自分でUMを読む必要があります。もちろんのこと中華製のため和訳版がない状態でしたので、可能な範囲で和訳した内容を本稿で共有したいと思います。
ただ英語が得意だから和訳しているという訳では全然ないので、参照される際は自己責任でお願いします。変なところあればご指摘頂けると幸いです。意訳多いので意図からズレてなければ、良いかなという温度感で書いています。

なお、ハードウェア編を今回和訳していますが、ソフトウェア編や回路図は以下ページにて別紙で公開されていましたので、必要に応じて参照ください。
https://www.seeedstudio.com/Gowin-RUNBER-Development-Board-p-4779.html

【UM原文】
https://files.seeedstudio.com/products/114992325/RUNBER_Development_Board_Hardware_Instructions_en.pdf

対象Version

#【訳文】

1. 本評価ボードについて

1.1 概要

RUNBER評価ボードはMYMINIEYEが開発した新しいFPGA開発スイートであり、GOWIN GW1N-UV4LQ144が評価可能です。
GW1N-4BはGOWIN LittleBeeファミリのFPGA製品です。

本開発システムは回路図のオープンソースやプロジェクトで直接使用できる大量のソースコードを提供します。
ソースコードについてはコースリストを参照ください。

1.2 開発システムについて

1.2.1 システムリソース

本評価ボードはGowin GW1N-4 拡張可能プラットフォームをベースに開発されています。
以下機能を提供します。

Gowin® GW1N-UV4LQ144C6/15

デフォルト起動モード：内蔵flash

デバイス	GW1N-4/GW1N-4B
LogicUnit(LUT4)	4,608
レジスタ(FF)	3,456
S-SRAM(bits)	0
B-SRAM(bits)	180K
B-SRAM 数	10
ユーザフラッシュメモリ(bits)	256K
18*18乗算器	16個
PLLs+DLLs	2+2
IOバンクの合計	4
ユーザIOの最大	207
コア電圧(UVバージョン)	1.8V/2.5V/3.3V

ペリフェラル/ポート
- MicroUSBポート(onboard USB JTAGポート)
- 共通カスケード 8セグメント, 4桁数字ディスプレイ
- DIPスイッチ × 8
- LED × 8
- 入力キー × 8
- RGB-LED(共通アノード) × 4
- 拡張IOポート(2.54mmピンヘッダ) × 36
オンボード発振器
- 12MHz

2.ポート

2.1 USB-to-JTAGポート

USB-to-JTAGモジュールはRunberboard上に実装されています。
コネクタとしてFTDIのFT232HQを用いることで、USB microケーブルをon board J14を経由しon board JTAGモジュールに接続できます(microUSBソケットに対応するポートはボードポート?を参照ください)。本機は接続時に以下のドライバ名で認識します。

RUNBER FPGAモデル:GW1N-UV4LQ144C6/I5 について
もし以下のような警告がfsファイルコンパイル後に表示された場合、デバイスが一致していません。

プロジェクト設定にて選択したデバイスのモデルがボードに対応している場合、デバイス選択の一覧にて必ず問題になります(?)。
リセットするために下図に示した赤枠のデバイスをダブルクリックして下さい。デバイスのモデルがボードに対応していなかった場合は、ダブルクリックにより変更が可能です。

どのシリーズのデバイスか不明な時は以下の方法によりJTAGを介してスキャンすることでどのモデルなのかを確認できます(デバイスセレクタからデバイスのシリーズを選びます、末尾の数字がRのものは内蔵SDRAMのFPGAで、Runber boardによって選択されたデバイスには内蔵SDRAMが実装されていません)。
※うまく和訳できませんでしたが、本ボードで実装しているGW1Nはデバイス選択を間違えやすいことに対する注記です。スキャンするとわかるようにデバイスの候補が複数あります。実際には内蔵SDRAMの有無が異なりますが、選び間違いのないようにと言っている？

2.2 電源

本ボードはUSBからのVBUS、もしくは拡張ポートからの5VかLDOからの3.3Vのいずれかにより電源供給できます。
UVシリーズのデバイスの場合、最大3.3Vのコア電圧がサポートされているため、ボードの電源システムが簡素化されています。

2.3 クロック

Runber boardの発振器はFT232HQとGW1N-4に同期した12MHzを提供しています。
GW1N-4のピン設定はは下表のとおりです。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
FPGA_CLK_12M	クロック入力12Mhz	4

2.4 共通カソード数字ディスプレイ(7セグメントLED)

数字ディスプレイのピンとセグメント選択間の対応を数に示します。応答時間は約0.1usです。
各セグメントに平均順方向電流20mAが必要となります。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
SEG_DIG1	左端から1つ目の数字表示	137
SEG_DIG2	左端から2つ目の数字表示	140
SEG_DIG3	左端から3つ目の数字表示	141
SEG_DIG4	左端から4つ目の数字表示	7
SEG_A	数字表示のセグメントA	138
SEG_B	数字表示のセグメントB	142
SEG_C	数字表示のセグメントC	9
SEG_D	数字表示のセグメントD	11
SEG_E	数字表示のセグメントE	12
SEG_F	数字表示のセグメントF	139
SEG_G	数字表示のセグメントG	8
SEG_DP	数字表示のセグメントDP	10

2.5 単色LED

Runber boardはIO制御できる8つのLEDだけでなく、microUSBソケット("POWER"印字)の側面にある電源インジケータ、および水晶発振器("U27"印字)("DONE"印字)の下にある負荷インジケータを備えています。
操作可能な8つのLEDはHIGHレベルで点灯します。回路図とピン配置は以下の通りです。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
LED1	LED1の制御信号	23
LED2	LED2の制御信号	24
LED3	LED3の制御信号	25
LED4	LED4の制御信号	26
LED5	LED5の制御信号	27
LED6	LED6の制御信号	28
LED7	LED7の制御信号	29
LED8	LED8の制御信号	30

2.6 RGB-LED

Runber boardのコモンアノードRGB LEDについて。
制御信号がLOWレベルのとき対応するLEDの色が発光します。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
G_LED1	G_LED1の制御信号	114
B_LED1	B_LED1の制御信号	113
R_LED1	R_LED1の制御信号	112
G_LED2	G_LED2の制御信号	111
B_LED2	B_LED2の制御信号	110
R_LED2	R_LED2の制御信号	106
G_LED3	G_LED3の制御信号	104
B_LED3	B_LED3の制御信号	102
R_LED3	R_LED3の制御信号	101
G_LED4	G_LED4の制御信号	100
B_LED4	B_LED4の制御信号	99
R_LED4	R_LED4の制御信号	98

2.7 DIPスイッチ

Rnber boradの8桁DIPスイッチについて。
デフォルトLOWレベルで認識されるよう回路設計されており、導通時HIGHレベルでの入力です。
回路図は以下の通りです。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
SW1	SW1の制御信号	75
SW2	SW2の制御信号	76
SW3	SW3の制御信号	78
SW4	SW4の制御信号	79
SW5	SW5の制御信号	80
SW6	SW6の制御信号	81
SW7	SW7の制御信号	82
SW8	SW8の制御信号	83

2.8 入力キー

Runber boardはソフトタッチキー×８つを実装しています。
デフォルトHIGHレベルで認識し、キー押下時はLOWレベルでInputされる回路設計となっています。
回路図は以下の通りです。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)
KEY1	KEY1の制御信号	58
KEY2	KEY2の制御信号	59
KEY3	KEY3の制御信号	60
KEY4	KEY4の制御信号	61
KEY5	KEY5の制御信号	62
KEY6	KEY6の制御信号	63
KEY7	KEY7の制御信号	64
KEY8	KEY8の制御信号	65

2.9 拡張IO

Runber boardは2.54mmピンヘッダ(20ピン)を2列実装しており、ユーザーにて拡張利用できます。
回路上の結線は以下の通りです。

【 J1 】

J1は数字ディスプレイに対して左側に配置されています。MSPI_CLK, MSPI_CS, MSPI_MOSI, MSPI_MISOの４つはJ1の特殊ピンとして接続されており、外部のFLAHとの接続に使用できます。なお、汎用IOとしても利用できます。
プロジェクトにおけるセットアップは以下の手順をご確認ください。

(1)プロジェクト設定を開く

(2)Place&Ruote > Dual-Purpose Pin > Use MSPI as regularIOにチェックを入れる
※ポップアップを読むとわかるように本チェックを入れることでMSPI以外も関連ピンとして一緒に汎用IOとして使えるようです。

J1ピンのIO
1番ピンが数字でディスプレイ側の端になり、キー入力側の端が20番ピンになります。

信号	説明	FPGAピン番号(Location)	ボード上のピン番号
A3V3_1A	ピンへの3.3V供給（数字ディスプレイ側の端）		1
GPIO38	拡張IO	38	2
GPIO39	拡張IO	39	3
GPIO40	拡張IO	40	4
GPIO41	拡張IO	41	5
GPIO42	拡張IO	42	6
GPIO43	拡張IO	43	7
GPIO44	拡張IO	44	8
GPIO66	拡張IO	66	9
GPIO67	拡張IO	67	10
GPIO68	拡張IO	68	11
GPIO69	拡張IO	69	12
GPIO70	拡張IO	70	13
GPIO71	拡張IO	71	14
GPIO72	拡張IO	72	15
MSPI_CLK	MSPIコネクタとして使用する場合のSPIクロックポート	96	16
MSPI_CS	MSPIコネクタとして使用する場合のSPI許可ポート	95	17
MSPI_MOSI	MSPIコネクタとして使用する場合のSPI信号出力ポート	94	18
MSPI_MISO	MSPIコネクタとして使用する場合のSPI信号入力ポート	93	19
GND	グランド		20

【 J2 】

J2は数字ディスプレイに対して右側に配置されています(LED側)。1番ピンが数字でディスプレイ側の端になり、キー入力側の端が20番ピンになります。gowinに接続されたピンと信号は同じ番号が採番されています。なお、VBUSへの入力信号は5Vです。

J2ピンのIO

信号	説明	GOWINチップのピン番号(Location)	ボード上のピン番号
VBUS	ピンへの5V供給（数字ディスプレイ側の端）		1
GPIO136	拡張IO	136	2
GPIO135	拡張IO	135	3
GPIO134	拡張IO	134	4
GPIO133	拡張IO	133	5
GPIO132	拡張IO	132	6
GPIO131	拡張IO	131	7
GPIO130	拡張IO	130	8
GPIO129	拡張IO	129	9
GPIO128	拡張IO	128	10
GPIO123	拡張IO	123	11
GPIO122	拡張IO	122	12
GPIO121	拡張IO	121	13
GPIO120	拡張IO	120	14
GPIO119	拡張IO	119	15
GPIO118	拡張IO	118	16
GPIO117	拡張IO	117	17
GPIO116	拡張IO	116	18
GPIO115	拡張IO	115	19
GND	グランド		20

2.10 外部電源との接続

本ボードをモジュールとして使う場合、電源共有は以下の２つの方法があります。
(1)5V電源をJ2の1番ピンに入力
(2)3.3V電源をJ1の1番ピンに入力

Note
Runberは上記のどちらでも機能します。

参考：

Gowin RUNBER Development Board

秋月商店
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-16723/

FT232HQ

マルツ
https://www.marutsu.co.jp/pc/i/27811842/