[논문]VHDL과 Verilog를 이용한 FPGA 로봇설계

진현수; 채규수

VHDL과 Verilog를 이용한 FPGA 로봇설계
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진현수 (백석대학교 정보통신학부) , 채규수 (백석대학교 정보통신학부)

본 논문에서는 SoC 키트에 해당하는 iRoV-Lab 3000의 장착된 로봇 모듈인 FPA 모듈, Stepper Motor 모듈, 적외선 송수신 센서 모듈, 카메라 모듈, RF 모듈 LED, TEXT LCD, 7-segment를 제어하기 위한 FPGA를 사용하며, FPGA설계를 위해 Schematic Design 또는 HDL에 대해 연구한다. FPGA의 내부구조를 이해하고 개발환경을 구축할 수 있다. 로봇의 구성요소와 각각의 구성요소(Sensor 모듈, display 모듈, Stepper Motor 모듈, RF 모듈)의 동작 원리를 개발한다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

FPGA(Field Programmable Gate Array)소자를 디지털 시스템 설계에 활용하기 위해 SoC와 PLD의 개념과 구조에 대해 살펴보고 시스템을 결계하기 위한 FPGA 개발 환경 구성에 대한 내용을 다룬다. 즉, PLD 소자의 종류와 특성을 이해한다.

제안 방법

이번 장에서는 HDL의 구문을 학습하여 이를 활용하여 설계한다. HDL에는 여러 종류가 있으나 대표적으로 많이 사용되는 VHDL과 Verilog HDL 에 대하여 설명하고 HDL 구문을 사용하여 설계한 회로의 동작을 iRoV_LAB 3000 실습 장치의 FPGA에 구현하여 그 동작을 확인하는내용을 다룬다.
설계 도면의 핀과 FPGA의 출력 핀과의 설정을 위해 이번 예제에서는 Text editor를 기반으로 지정하는 방법을 설명한다. Implememtation Constraints File을 counter_led라는 이름으로 추가하고 source창에서 추가한 counter_led.
iRov-Lab 3000의 Main module에 설치된 50MHz의 Clock과 Counter 회로를 사용하여 일정 시간 간격에 따라 LED가 순차적으로 켜지는 동작을 실습한다. 실습예제에서는 0.2초 마다 LED가 2진수 표기로 1씩 증가하며 켜지는 동작을 구현한다.

대상 데이터

설계에 사용할 소자는 cd4ce라는 이름을 가진 10진 카운터를 사용한다. 앞의 예제에서와 같이 Schematic editor에서 소자를 섵낵하여 도면에 배치한다.
또한 이 카운터의 CEO출력을 또 다른 cd4ce에 연결하여 사용할 경우 LED를 각각 두 개의 그룹으로 나누어 10의 자리와 1의 자리로 나누어 2진수 형태로 값을 표시할 수 있다. 실습 예제에서는 모두 9개의 cd4ce를 사용하여 LED 8개를 두 개의 그룹으로 나누어 10의 자리. 1의 자리를 4개씩의 LED에 표시한다.

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