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MCS−4システム全体構成　549

●はじめに

　前章では，4004（CPU）を中心としたMCS−4システ
ムのアーキテクチャを詳細に解説しました．本章では
いよいよ，そのアーキテクチャをVerilog HDLで設
計し，MAX 10 FPGAの中に実装してみたいと思い
ます．
　ここでは，4004（CPU）の他に，周辺チップとして
の4001（ROM），4002（RAM），4003（シフトレジスタ）
と同等な機能も設計し，システムに組み込みます．さ
らに，CPU（4004）には独自のオン・チップ・デバッ
ガを搭載して，Raspberry Piからプログラムをダウ
ンロードしたりデバッグしたりできるようにします．
　MCS−4システムのアプリケーションとしては，博
物館に展示されている往年の歴史的電卓（ビジコン社
141−PF）も再現し，今でも十分実用的に使える機能と
その仕組みをじっくりと味わいたいと思います．

MCS−4システム全体構成

●Raspberry Piをユーザ・インターフェース

として使用したシステム

　今回製作するMCS−4システムの全体構成を図1に，
全体仕様を表1に示します．MAX 10 FPGAを搭載

したMAX10−FB基板（およびFPGAコンフィグレー
ション用MAX10−JB基板）を，拡張基板MAX10−EB
基板に載せ，それをさらにRaspberry Piに載せたシ
ステムを使用します．

●Raspberry Piはユーザ・インターフェース用

　図1の一番左側にはRaspberry Piがあります．こ
れはユーザ・インターフェースを受け持ちます．MAX
10 FPGA側とSPI通信により連携します（第22章で
解説した手法）．Raspberry Pi上のアプリケーション
は，FPGAの中に実装する4004（CPU）のオン・チッ
プ・デバッガと，電卓の入出力部（キーボードとプリ
ンタ）をエミュレーションするハードウェアの両方を
制御します．Qt Creatorで開発しました．

●Raspberry PiとMAX 10 FPGAの接続

　Raspberry PiとMAX 10を接続するために，
MAX10−EB基板を使用します．
　Raspberry Piのモニタとして，HDMI接続モニタ
を使用するか，または7インチ公式タッチ・ディスプ
レイを使用する場合は，編成A−1または編成A−2（第
21章）で互いに接続してください．
　4D Systems社のタッチLCDパネル基板4DPiシ
リーズなど，Raspberry Piの上に重ねるLCD基板

本書付属DVD-ROM関連データ

DVD-ROM格納場所

内　容

備　考

CQ-MAX10¥Projects¥
PROJ_MCS4

・ディレクトリFPGA：4004（CPU）を中心としたMCS-4システム全体のRTLコード

と，そのMAX 10用FPGAプロジェクトとNios IIのファームウェア（Quartus Prime

用，Nios II EDS用）

・ディレクトリverification：MCS-4システムの論理検証環境（ModelSim用）

MAX 10側

CQ-MAX10¥RaspberryPi¥
CQ-MAX10.tar.gz

・Raspberry Piのホーム・ディレクトリ下に作業用ディレクトリ/home/pi/tempを

作成し，本ファイルをその下に置いて解凍（tar xvfz CQ-MAX10.tar.gz）する．その

後，解凍してできたディレクトリのうち/home/pi/temp/CQ-MAX10/MCS4を，/

home/pi/CQ-MAX10/の下にコピー（第22章の操作と同じ）

・/home/pi/CQ-MAX10/MCS4/MCS4_Panel_320×240が，画面サイズ320×240の

MCS-4システム用デバッガと電卓GUIインターフェース

・/home/pi/CQ-MAX10/MCS4/MCS4_Panel_800×480が，画面サイズ800×480の

MCS-4システム用デバッガと電卓GUIインターフェース

・/home/pi/CQ-MAX10/MCS4/toolsが，インターネット上にある電卓用バイナリ・

コードをMCS-4システム用デバッガに組み込むための変換ツール

Raspberry Pi側

第

章

歴史的4004アーキテクチャをFPGAの中に実現し，

ビンテージ電卓を再現する

MCS-4システムの論理設計と

電卓の製作