Chisel NES

Demo

TODO:

HDL Design

TODO:

合成手順

ChiselNes.v の生成

以下のコマンドでscalaのprojectをビルドして、Chiselから生成したVerilog file dst/ChiselNes.v を得る。

# sbtが使える環境の場合
$ sbt 'runMain top.ChiselNesDriver --target-dir dst'

# Docker
$ docker-compose run generate

DE0-CV向けにビルド

eda/quartusprime_lite_21.1/chisel_nes.qpf を Quartus Primeで開き、Compile Design を実行して論理合成した後、Program Deviceで書き込む。

(先の手順で生成した dst/ChiselNes.v がtop-level design entityに指定されており、プロジェクトにはその他IPや制約ファイルなどが含まれている)

NES Peripheral EVB for DE0-CV

ファミコンエミュレータを実際のカートリッジで動作させる目的で設計した。

eda/kicad_6.0.2/nes_peripheral に、KiCADで設計した基板ファイルがあるので、こちらを参照。

機能概要

• DE0-CVのGPIO0,1に直結可能
  • ピンアサインを踏襲していれば、他評価ボード等でも利用可
  • GPIO1からカートリッジとのレベル変換回路をまとめてDisableにすることが可能
• カートリッジとの接続
  • 3.3V - 5V変換付き
  • レベル変換はすべて双方向のため、FPGA側をMaster/Slaveどちらでも利用可能
  • 周辺にプローブ用ピンも引き出し済
• 純正/互換コントローラ接続
  • 3.3V - 5V変換付き
• 純正回路と同じシフトレジスタICを用いたコントローラ入力
  • 3.3Vでプルアップされた入力回路とGNDを公開
  • 純正/互換コントローラの回路とは切替可
• MAX98537を使ったI2S-音声出力回路
• 5Vの外部供給

ブロック図

graph LR
    GPIO--3.3V CPU/PPU Bus-->TXB0104PW_1
    GPIO--Output Enable-->OutputEnableSelect
    GPIO--5V-->5VSelect
    GPIO-->LED
    GPIO-->UserIO

    DC_Jack--5V-->5VSelect
    5VSelect--5V-->5V
    5V--5V-->CartridgeConnector

    OutputEnableSelect--Output Enable-->TXB0104PW_1
    TXB0104PW_1--5V CPU/PPU Bus-->CartridgeConnector

    GPIO--3.3V ShiftRegister I/O-->TXB0104PW_2
    JoyPadSerialSel-->TXB0104PW_2
    TXB0104PW_2--5V ShiftRegister I/O-->JoyPad0/1_Serial

    JoyPadParallelSel-->4021
    GPIO--3.3V ShiftRegister I/O-->4021
    4021--Parallel IO-->JoyPad0/1_Parallel

    GPIO--I2S-->MAX98357
    MAX98357--Audio Out-->Speaker
    GainSelect-->MAX98357

Loading

回路図

部品表

Digikeyで選定した部品を記載。チップコンデンサを始め、サイズ・機能互換であればこれに限らない。また、不要な回路は実装しなくても問題ない ピンヘッダ、ピンソケットは2.54mm ピッチのものを別途準備すること。

Ref	Value	数量	メーカ製品番号	url
C1-C37	0.1u	37	CL10B104KB8NNWC	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/samsung-electro-mechanics/CL10B104KB8NNWC/3887593
C40	10p	1	CL10C100CB8NNNC	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/samsung-electro-mechanics/CL10C100CB8NNNC/3886727
D1-D3	LED	3	5988070107F	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/dialight/5988070107F/1291269
F1	Polyfuse_Small	1	0603L300/9SLYR	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/littelfuse-inc/0603L300-9SLYR/5427243
R1-R22	10k	22	RC1608F103CS	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/samsung-electro-mechanics/RC1608F103CS/3903493
R23	0	1	RC0603FR-070RL	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/yageo/RC0603FR-070RL/1304008
R25, R26	100k	2	RC0603JR-07100KL	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/yageo/RC0603JR-07100KL/726698
U1-U16	TXB0104PW	16	TXB0104PWR	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/texas-instruments/TXB0104PWR/1629102
U17, U18	4021	2	CD4021BMT	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/texas-instruments/CD4021BMT/1690863
U19	MAX98357	1	MAX98357AETE+T	https://www.digikey.jp/ja/products/detail/analog-devices-inc-maxim-integrated/MAX98357AETE-T/4936122

GPIO Pin Assign

以下のピンアサインになっているためDE0-CVでなくとも利用可能。GPIO0側の5V,3.3Vは利用していない点に注意

GPIO0

Pin#	GPIO#	KiCad SignalName	Description
1	D0	3V3_A11	CPU Bus
2	D1	3V3_O2	φ2, System Clock
3	D2	3V3_A10	CPU Bus
4	D3	3V3_A12	CPU Bus
5	D3	3V3_A7	CPU Bus
6	D5	3V3_D7	CPU Bus
7	D6	3V3_A6	CPU Bus
8	D7	3V3_D6	CPU Bus
9	D8	3V3_A3	CPU Bus
10	D9	3V3_D3	CPU Bus
11	5V	NC	GPIO0側は未使用
12	GND	GND
13	D10	3V3_A2	CPU Bus
14	D11	3V3_D2	CPU Bus
15	D12	3V3_R/~W	CPU Bus
16	D13	3V3_~ROMSEL	CPU Bus
17	D14	3V3_~IRQ	CPU Bus
18	D15	3V3_~WE	PPU Bus
19	D16	3V3_PA6	PPU Bus
20	D17	3V3_PA7	PPU Bus
21	D18	3V3_PA5	PPU Bus
22	D19	3V3_PA8	PPU Bus
23	D20	3V3_PA2	PPU Bus
24	D21	3V3_PA11	PPU Bus
25	D22	3V3_PA1	PPU Bus
26	D23	3V3_PA12	PPU Bus
27	D24	3V3_PD1	PPU Bus
28	D25	3V3_PD6	PPU Bus
29	3.3V	NC	GPIO0側は未使用
30	GND	GND
31	D26	3V3_PD2	PPU Bus
32	D27	3V3_PD5	PPU Bus
33	D28	3V3_JOY1_P/~S	1Player Controller
34	D29	3V3_JOY1_DO	1Player Controller
35	D30	3V3_JOY1_RSV	1Player Controller
36	D31	3V3_JOY1_CLK	1Player Controller
37	D32	3V3_I2S_BCLK	Audio Codec
38	D33	3V3_I2S_LRCLK	Audio Codec
39	D34	3V3_I2S_~SD_MODE	Audio Codec
40	D35	3V3_I2S_DIN	Audio Codec

GPIO1

Pin#	GPIO#	KiCad SignalName	Description
1	D0	3V3_A9	CPU Bus
2	D1	3V3_A13	CPU Bus
3	D2	3V3_A8	CPU Bus
4	D3	3V3_A14	CPU Bus
5	D3	3V3_A5	CPU Bus
6	D5	3V3_D5	CPU Bus
7	D6	3V3_A4	CPU Bus
8	D7	3V3_D4	CPU Bus
9	D8	3V3_A1	CPU Bus
10	D9	3V3_D1	CPU Bus
11	5V	BOARD_5V	J8 CONN_5VSEL次第で使用する
12	GND	GND
13	D10	3V3_A0	CPU Bus
14	D11	3V3_D0	CPU Bus
15	D12	3V3_~RD	PPU Bus
16	D13	3V3_~VRAMCS	PPU Bus
17	D14	3V3_VRAMA10	PPU Bus
18	D15	3V3_~PA13	PPU Bus
19	D16	3V3_PA4	PPU Bus
20	D17	3V3_PA9	PPU Bus
21	D18	3V3_PA3	PPU Bus
22	D19	3V3_PA10	PPU Bus
23	D20	3V3_PA0	PPU Bus
24	D21	3V3_PA13	PPU Bus
25	D22	3V3_PD0	PPU Bus
26	D23	3V3_PD7	PPU Bus
27	D24	3V3_PD3	PPU Bus
28	D25	3V3_PD4	PPU Bus
29	3.3V	3.3V
30	GND	GND
31	D26	3V3_RSV0	5V側で取り出し可能
32	D27	3V3_RSV1	5V側で取り出し可能
33	D28	USER_GPIO1	ピンソケットJ1に引き出し済
34	D29	USER_LED	OnBoard LED
35	D30	3V3_JOY2_MICIN	2Player Controller
36	D31	USER_GPIO0	ピンソケットJ1に引き出し済
37	D32	3V3_JOY2_DO	2Player Controller
38	D33	3V3_JOY2_CLK	2Player Controller
39	D34	3V3_JOY2_P/~S	2Player Controller
40	D35	3V3_OE_IN	Lowの間はレベル変換をHi-Zで切り離せる

設計データの活用範囲

eda/kicad_6.0.2/nes_peripheral にある基板設計データは、 CC BY-NC 4.0 の範囲で利用を許可する。

例えば、本基板の設計データか内容を改変したデータを用い、製造した製品を営利目的で販売する行為は禁止である。