マイコンデータシートの見かた(その2)

現役STマイクロエレクトロニクスの「メーカエンジニアの立場」から記載された、ユーザ質問の多かった事項を中心にマイコンデータシートの見かたを解説する記事(連載2回目)を紹介します。

全3回の連載記事内容

第1回:凡例、絶対最大定格、一般動作条件、電源電圧立上り/立下り(2017年10月1日投稿済み
第2回:消費電流、低消費電力モードからの復帰時間、発振回路特性(← 今回の投稿)
第3回:フラッシュメモリ特性、ラッチアップ/EMS/EMI/ESD、汎用IO、リセット回路

記事タイトル:データシート数値の “裏の条件” とは

先入観を与える前に、記事を読んでください。消費電流、復帰時間、発振回路特性の留意点が記述されています。記事タイトルの “裏の条件” とは何でしょうか?

私は、データシート数値は、理想的動作環境のマイコン単体の最高数値、これが裏の条件と理解しています。
例えば、車の性能を燃費で比較する方は、普通の運転では絶対に達成できないカタログ燃費で車を評価します。マイコンも同じです。データシート数値は、このカタログ燃費相当だと思います。

カタログ燃費(出典:日本自動車工業会)
カタログ燃費(出典:日本自動車工業会)

実際は、この最高数値にマージンを入れて考える必要があります。どの程度のマージンを入れるかが問題で、安全側評価ならデューティ50%、つまり性能半分位が良いと思います。

但し、これもマイコン単体の話で、マイコン:MCUと電源、発信器や必須周辺回路を含めた制御系で考えると、どの程度マージンを入れるかは複雑怪奇になります。

そこで、ベンダ開発の評価ボードを手本とする考え、つまり、10月1日投稿で示した評価ボードをハードウエアテンプレートとして用いる考え方を、私は提案しています。

10月15日記事のように、評価ボードでもWi-Fi起動時電流に電源部品の余裕が(短時間ですが)少ないものもありますが、大方のベンダ評価ボードは、実用に耐えられる厳選部品が実装済みです。そこで、プロトタイピング時には、この評価ボードで制御系を作り、実装部品のマージンが十分かを評価するのです。

マージンが足りない場合には、同じ評価ボードへ、より高性能な部品を載せ替えるなどの対策が簡単にできます。制御される側もこのようなモジュールで開発しておけば、モジュール単位の設計、変更が可能です。

ソフトウエアも同様です。評価ボードを使えば、少なくとも最低限のソフト動作環境は整いますので、プロトタイピングのソフトをなるべく早く開発し、動作マージンを確認しておきましょう。

完成・出荷時には、ソフトへ様々な機能が後追加されるので、プロトタイピング時はハード同様デューティ50%、つまりROM/RAMの残りに50%位は残しておくと安心です。

ソフトウエアのプロトタイピング開発には、弊社マイコンテンプレートが最適です。

連載第2回範囲のMCUハードウエアまとめ

  • 水晶振動子のMCUクロック供給は、発振波形が正弦波に近いため貫通電流が増え消費電流大となる。
  • 未使用GPIO端子は、外来ノイズ対策に10k~100kプルアップorダウンし、電位固定が望ましい。
  • データシート低消費電力復帰時間がクロックサイクル規定の場合はそのまま使え、㎲規定の場合は参考値。
  • 外付け水晶振動子の利用時は、ベンダ推薦部品を使う。
  • 内蔵発振回路の利用時に、MCU温度変化やリフローによる機械的応力による周波数変動が無視できない場合は、周波数トリミングソフトを組込む。
  • PLL動作最低/最高周波数の設定ミスは多いが、マージンがありそのまま動作するので注意。

マイコンデータシートの見かた(その1)

現役STマイクロエレクトロニクスの「メーカエンジニアの立場」から記載された、ユーザ質問の多かった事項を中心にSTM32マイコンデータシートの見かたを解説する記事(連載1回目)を紹介します。

全3回の連載記事内容

予定されている第2回、第3回の解説内容が下記です。

第1回:凡例、絶対最大定格、一般動作条件、電源電圧立上り/立下り(← 今回の記事)
第2回:消費電流、低消費電力モードからの復帰時間、発振回路特性
第3回:フラッシュメモリ特性、ラッチアップ/EMS/EMI/ESD、汎用IO、リセット回路

今回の第1回を読むと、データシートの読み誤り易いポイントが説明されており、興味深いです。ハードウエアに興味がある、または、ハードも自分で設計するソフトウエア開発者は、読むことをお勧めします。

マイコンハード開発を数回経験すると、おおよその感触とデータシートの見る箇所が解ってきます。私も新人の頃は、網羅されたデータシートの、”どこの何を見れば良いかが判らず”困惑したものでした。

ハードウエアテンプレートは評価ボードがお勧め

私は、使用するマイコンの評価ボードを、ハードウエアのテンプレートとして使います。
例えば、STM32F072RB(=NUCLEO STM32F072RB)は、配線パターン(=gerber files)や使用部品リスト(=BOM)もサイトに公開されています。

これらのデータは、「短納期を要求される開発者の立場」なら、網羅的記載のデータシートよりも、効率よく回路設計をする手助けとなります。

データシートを見ることは、間違いなく重要です。

しかし、具体的にハードウエア設計をする時は、評価ボードのような既に設計済みの「ブツ」を参考にしながら、なぜこの部分はこうなっているのか?などの疑問を持ってデータシートを見る方が、効率が良く、しかも、分厚いデータシートのポイントを理解するのにも役立ちます。

アナログとデジタル電源の1点接地や、パスコン実装位置などは、文字で注意書きをいくらされても解り難くいものです。この点、実物は、文字に勝ります。

ソフトウエアテンプレートはマイコンテンプレートがお勧め

ソフトウエア開発は、マイコンテンプレートの宣伝をするな!と思われた、勘のいい読者の方は、コチラのサイトを参照してください。

サンプルソフトは、”メーカ立場での提供ブツですが、”開発者の立場からの実物として、STM32ファミリ、サイプレスPSoC、NXPのLPC8xx/LPC111x/Kinetis、ルネサスRL78/G1xの各種マイコンテンプレートを、ソフトウエア開発者様向けに提供中です。

連載第1回範囲のハードウエアまとめ

第1回記事の範囲で、マイコンハード開発ノウハウをまとめると、以下になります。

  • マイコン外部接続ハード駆動能力は、I2C、USART、数点のLED直接駆動可能端子を除いては極小で基本的には直接駆動はしない。
  • 外部接続ハードの駆動と接続方法は、Baseboard(mbed – Xpresso Baseboard)や、各種Arduinoシールドを参考にする。
  • マイコン電源は、評価ボードのパターン、実装部品も含めてまねる。
  • 開発製品版の未使用(空き)端子処理は悩ましいが、ソフトはデフォルト、ハードはソルダーブリッジ経由で接地。

私は、今後の連載を読んで、未使用(空き)端子処理の見識などを深めたいと思っています。

半導体メーカM&Aと技術シナジー

本ブログでも関心があったFreescaleをNXPが買収し、そのNXPをQualcommが買収するという半導体メーカのM&Aは、終息に向かうようです。Runesasもアナログ、ミックスドシグナル半導体を得意とするIntersil(インターシル)の買収を完了しました。
※QualcommのNXP買収は、未だに決着がついていない買収案件だそうです。

一方で、AtmelとMicrochipに見る、半導体企業M&Aの難しさという記事を読むと、M&A完了後も企業の技術的シナジーが生まれるには時間がかかりそうです。

以前記載しましたが、NXP)LPC8xxのLPCOpenライブラリv3.01の状況を観ると、この記事内容は頷けるものがあります。MCU部門だけを比較すると、実はNXPよりもFreescaleの方が規模は大きく、また、Cortex-M0/M0+ MCUで比較すると、2社で重複する製品があるので、既成製品(LPC8xx、LPC111xやKinetisシリーズ)の将来は、明確には判らないのが現状だと思います。

統合開発環境:IDEは、旧FreescaleのKinetis Design Studio+Processor Expertと旧NXPのLPCXpresso+LPCOpenライブラリが、新NXPではMCUXpresso+SDK+Config Toolsとなり、一見、新しい開発環境に統合されたように見えます。

しかし、買収完了後の新発売MCU開発以外は、個人的には旧開発環境の方がどちらの既成製品開発にも適している気がします。

9月28日現在、LPC8xx用のLPCOpenライブラリv3.01は、残念ながら更新されていません

MCUXpresso概要と当面の開発方法

LPCXpressoとKinetis Design Studioが新しいMCUXpressoへ統合されました。Windows 10 Version 1703で動作確認したMCUXpressoの概要について示します。

MCUXpresso概要

MCUXpressoの概要は、コチラの4分程の英語Videoが良く解ります。ポイント抜粋すると以下になります。

MCUXpressoは、3つのツール:IDE、SDK、CFGから構成され、各機能が下記です。

  • IDE機能:ソースエディト、コンパイル、デバッグ。Eclipse 4.6ベース。ローカルPCで利用。
  • SDK機能:使用デバイスのAPI生成とサンプルソフト提供。クラウドで設定し、結果をIDEにダウンロードして利用。
  • CFG機能:使用ピン、動作周波数など設定。クラウドで設定し、結果をIDEにダウンロードして利用。
MCUXpresso Overview
MCUXpresso Overview

全てが1パッケージのローカルPCで機能した旧IDE(LPCXpressoやKinetis Design Studio)を、MCUXpressoで3ツール構成にしたのは、SDKとCFGをクラウド側で分離提供し、IDEを軽量化することと、CMSIS準拠の開発環境構築が目的だと思います。CMSISはコチラの記事を参照してください。

CMSIS準拠ならMCUハードとソフトの分離が容易になり、開発済みアプリケーション資産を少ない工数で別ハード移植や再利用が可能です。また、CMSIS仕様(CMSIS-COREや-DSPなど)が修正/更新されても、その内容は全てクラウド側のSDKとCFGツールに閉じ込めることができるので、常に最新CMSIS準拠のSDKとCFGを利用したソフト開発が可能です。
ARM Cortex M系のIDEは、今後この分離構成が流行するかもしれません。

注目点は、IDEではコードサイズ制限なし、SDKではFreeRTOS v9提供(LPCXpresso最終版はv8)、CFGでは電力評価やプロジェクトクローナーです。各ツールの概要を以下に示します。

MCUXpresso IDE

MCUXpresso IDE
MCUXpresso IDE

旧LPCXpressoとの差分は、FreeRTOSタブが新設されたこと位です。コードサイズ制限なしで、添付マニュアル類も判り易く、誰にでも使い勝手が良いIDEです。MCU開発は、従来のRTOSを使わないベアメタル開発から、RTOS利用ソフト開発へシフトしつつあり、このMCUXpresso IDEもこの流れに沿った機能が追加されました。

MCUXpresso SDK

MCUXpresso SDK Builder
MCUXpresso SDK Builder

SDK BuilderでBoard、Processor、Kitsなどの対象MCUパラメタを入力し、対応するSDKパッケージをクラウドで作成後、ローカルPCへダウンロードして使います。パッケージの中身は、APIとこのAPIの活用サンプル集です。但し、2017年4月現在は、FreescaleのMCUと2017年に発売されたNXPのLPC54000対応のものしか提供されていません。

その理由は、旧Kinetis Design Studio:KDSのProcessor Expert:PEの代替だからと推測します。MCUXpressoは、KDSのPE機能がSDKとCFGに分離してクラウドへ実装されました。PEをお気に入りだったユーザは、この点に困惑すると思います。

一方旧LPCXpressoのユーザのSDKはというと、これは従来のLPCXpressoに同胞されていたLPCOpenライブラリなどがそのままMCUXpressoにも実装されています。つまり、MCUXpressoは旧LPCOpenライブラリなどが従来同様使えます。

従って、LPC54000開発とKDSユーザ以外は、MCUXpresso SDKを使うことは、今のところありません。

MCUXpresso CFG

MCUXpresso CFG Settings
MCUXpresso CFG Settings

CFGも現状はSDKと同様、FreescaleのSDKとNXPのLPC54000対応のみが提供中です。

MCUXpressoのまとめと当面の開発方法

MCUXpressoは、旧LPCXpressoと旧Kinetis Design Studioを統合した新しいIDEで、現状「フレームワークは出来たものの、完全な移行完了とは言い難い」ものです。以下に特徴を示します。

  • IDEとSDK、CFGの3ツールに分離するフレームワークは、CMSIS準拠ソフト開発に適している。
  • KDSのPE代替機能をSDKとCFGに割振っている。2017年NXP発売のLPC54000開発にも使えるが、既存NXPのMCUはSDK、CFGともに未対応。
  • LPCXpressoとKDSの今後の更新は、期待できない。将来的には、NXP/FreescaleのMCU開発にMCUXpressoを使う必要あり。
  • LPCXpressoユーザは、当面SDKとCFGを使わずにMCUXpresso IDEを旧LPCXpressoと殆ど同じ使用法で使える。
  • KDSユーザは、MCUXpresso IDEとSDK、CFGを使い開発する方法と、当面はMCUXpressoにPEをプラグインし開発する方法の2通りの開発方法が取りえる。但し、PEの更新が期待できないので、将来はMCUXpresso SDK、CFGを使わざるをえない。

当面の目安としては、LPCXpressoユーザならば、既存MCUのSDK、CFGが提供されるまで、KDSユーザならば、PE更新が必要になるまで、でしょう。

もう1つの目安が以下です。Windows 10 1703更新に相当するIDEベースEclipse 4.6(Neon)の次版4.7(Oxygen)への更新は、2017年6月の予定です。IDEベース更新から約半年でこの4.7ベースの最新IDEが各社からリリースされるとすると、2017年末から2018年初め位にはMCUXpressoへの完全移行完了となる可能性があります。

MCUのIDEは開発スピードを左右する部分だけに、仕様変更や更新が定期的に発生する部分と、各社独自の部分を分離し、トータルでパッケージ化すると、以上で示したフレームワークが重要となります。開発者は、フレームワーク要素更新にも注意を払う必要があるでしょう。

NXPの新統合開発環境MCUXpresso

LPCマイコンとKinetisマイコンの2つを同時サポートする新しい統合開発環境(以下IDE)、MCUXpressoが2017年3月リリースに向けて開発中です。

LPCXpressoとKinetis Design StudioをMCUXpressoに一本化

Freescaleを買収したNXPのLPCマイコンにはLPCXpresso、旧FreescaleのKinetisマイコンにはKinetis Design Studio(以下KDS)が、それぞれの開発用IDEとして提供されてきました。どちらもEclipseベースのIDEなので、いつかは一本化されると思っていました。

新しいMCUXpressoのサポートマイコンリストは、コチラからダウンロードできます(ログイン必須)。Product Familyでフィルター操作をすると、下例のようにお使いのMCUの詳しい状況が判ります。

LPC1114/5 Support状況
LPC1114/5 Support状況

本ブログ対象のLPC1114/5とKinetis K/Lは、2017年3月にサポートされる予定です。

MCUXpressoもEclipseベースIDEで、無料版でもコードサイズ制限なしで使えるなど、数々の嬉しい特徴を備えています。LPCXpressoとKDSの最も異なる部分、API生成/提供方法がMCUXpressoでどのようになるかは、今のところ不明です。

IDEのAPI生成/提供方法

マイコンテンプレート使用中IDEのAPI生成/提供方法をまとめました。現状は3種類です。

API生成/提供方法
API生成/提供方法 概要 使用IDE
別ライブラリ IDEに別途APIライブラリを追加し利用 NXP:LPCXpresso(LPCOpen)
API生成ツール IDEで周辺回路を設定しAPI生成 Freescale:KDS

ルネサス:コード生成

SCH生成ツール IDE回路図で周辺回路を設定しAPI生成 Cypress:PSoC Creator

API生成ツールを使う方法は、周辺回路の知識が豊富でないと設定しにくいので、SCH生成ツールのCypress:PSoC方式が、動作イメージが把握し易く使い勝手が良いと個人的には思います。また、シンプルなのは、別ライブラリ提供のNXP:LPCXpresso方式ですが、MCUXpressoがこの方式になる可能性は、KDS統合も考えると少ないと思います。

いずれにしても来年は、この新しいMCUXpressoでNXPとFreescaleのマイコンテンプレートを、6月末を目途に作り直す予定です。興味がある方はすぐに現状マイコンテンプレートを購入されても、ご購入後1年以内のテンプレート更新は無償で行いますのでご安心ください。

新生NXPマイコンラインアップ

NXPがFreescaleを買収後、新生NXPのARMコアMCU製品ラインアップが一目で解る図を見つけたので掲載します。
出典は、組込みシステム向けコンテンツ・プロバイダ)インスケイプ様のマガジンVOLUME.13:「さらなる高みへ。新生NXPのマイコン戦略に迫る MCU約1,100ラインアップ。シナジー効果の最大化へ」です。

NXP+FreescaleのARM Cortex MCUラインアップ

NXPサイトは、NXPのLPCマイコンと旧FreescaleのKinetisマイコンがそれぞれ別ページで示されるので、経営統合後のARM Cortex MCU製品ラインアップが分かりにくいのが現状です。

既存ユーザにはページ分離記載で問題ないでしょうが、以前記載した今後を予想するには、下図が解りやすいと思います。

NXP ARM Cortex MCU Lineup
NXP ARM Cortex MCU Lineup(記事より抜粋)

左側の汎用MCUでは、Cortex-M0/M0+でLPC800、LPC1100/1200とKinetis Lシリーズが競合しています。IDEも、それぞれのMCU対応にLPCXpressoとKinetis Design Studioの2種を提供中です。
一方、右側の特定用途MCUでは、Kinetisシリーズにより製品補完がされたことが解ります。

出典記事に、各MCUの詳しい特徴が解りやすく記載されております。

統合により、NXPは、ARMコア提供数は(恐らく)世界最大で、MCUコアのデファクトスタンダードCortex MCUのリーダーです。今後の動向が気になります。

CortexーM0/M0+対応マイコンテンプレート

弊社は、コスト重視で8/16ビット市場の置換えを狙う32ビットMCUコアCortex-M0/M0+を使ったLPC8xx、LPC111x、Kinetis Eに対してマイコンテンプレートを販売中です。動向によっては、このラインアップも変わるかもしれません。

※Kinetis Lシリーズは、Kinetis Eとソフト、ピン互換性があります。Kinteis EテンプレートのLシリーズへの適用は、弊社へお問合せください。

解説:マイコン評価ボード

マイコン開発には、各社が低価格で提供している評価ボードは必須です。
弊社マイコンテンプレートも、各ベンダの評価ボードで開発しています。この評価ボードを解説します。

採算度外視の低価格、高信頼ハードウエア

ソフト開発者に「確実に動くハードウエア」を「低価格」で提供する、これが評価ボードです。

マイコン開発には、「専用」のソフトウエアと「専用」のハードウエアの両方が必要です。そして片方のデバッグには、もう片方にバグが無いことが必須です。つまり、ソフトデバッグには、バグなしのハードが必須なのです。そこで、バグなしで確実に動作する「汎用」ハード、これが各ベンダ提供の評価ボードです。

但し、専用ハードがいずれ開発されるので、汎用の評価ボードは低価格とならざるをえない運命です。高ければ誰も買ってくれないからです。しかし開発者にとっては、以下のように優れた教材と言えます。

  1. ソフト開発者が、専用ハードが出来上がる前にソフトデバッグ可能な環境を自由に構築できる
  2. ハード開発者が、そのまま専用ハードにも使える高信頼ハード設計を学べる
  3. マイコン初心~中級者が、ベンダ標準のデバッグ技術で低価格な開発環境を使って自習できる
  4. 評価ボードは、各ベンダフォーラムで多くの情報が記載されており、適用サンプルソフトも多い

ターゲットMCU、デバッグインタフェース、拡張コネクタの3構成

評価ボードは、ターゲットMCU、デバッグインタフェース、拡張コネクタの3つから構成されます。

NXPの評価ボード:LPCXpresso LPC812とルネサスのRL78G13-Stick、CypressのCY8CKIT-042 の例を示します。

LPCXpresso LPC812構成
NXP LPCXpresso LPC812構成
RL78G13-Stick構成
Runesus RL78G13-Stick構成
CY8CKIT-042構成
Cypress CY8CKIT-042構成

ターゲットMCU

ターゲットMCUとは、開発MCUそのものの部分です。残りのデバッグインタフェースと拡張コネクタは、ターゲットMCUが異なっても同一です。

拡張コネクタ

最近はArduino用シールドコネクタを拡張コネクタに用いる評価ボードが多いです。これは、市販Arduinoシールドの種類が増えたため、上手く探せれば汎用の評価ボードに複数のArduinoシールドを拡張コネクタで接続し、専用ハードに近い、いわば「疑似専用ハード」を市販品のみで作れます。ボード単位のハード部品化がもたらした結果と言えます。

個人的には、シールドよりも、mbed – Xpresso Baseboardの方がより低コストで疑似専用ハード実現ができると思っています(こちらに詳しく記載しました)。

デバッグインタフェース

デバッグインタフェースは、IDEデバッグ機能を使うために必要な部分で、ターゲットMCUのシリアル入出力とパソコンUSBを変換する機能もここに含みます。この機能専用のマイコンが実装されることが多くなりました。このマイコンでデバッガ機能も代行するので、別途デバッガを購入せずにソフトデバッグが可能です。

MCUがARM Cortex-M0/M0+の場合には、ARM標準のCMSIS-DAPでMPUコアをデバッグできるインタフェースも実装されます。CMSIS-DAPはこちらの記事も参照してください。

CMSIS-DAPは、ターゲットMCUとデバッグインタフェースを切り離した後に、ソフトデバッグする時、別途ARM専用デバッガが必要ですが使えます。このように、1つの評価ボードで複数のデバッグ方法が使えるのも特徴です。

ARM系コアの場合は、ベンダ評価ボードもほぼ同じ構成で、ARM専用デバッガを1台持っていれば、ベンダ各社の評価ボードをまたがっても使えるのがメリットです。マイコン開発のデファクトスタンダートになりつつあります。

一方、デバッグインタフェースをE1コネクタでしか持たないルネサスのCPUボードをデバッグする際は、別途E1デバッガを接続しないとデバッグができません。この点は、Cortex-M0/M0+コアのMCUと比べるとコスト的に劣ると言えるでしょう。

Runesus QB-R5F104LE-TB構成
Runesus QB-R5F104LE-TB構成

デバッガ機能なしの統合開発環境:IDEの背景

シールドなどのボード単位の部品化が進んだ結果、専用ハードは、もはや既存ハードを組み合わせて、その小型化のみを行う設計、つまり専用基板化が主な開発内容と言えるかもしれません。

同様に、ソフト開発もベンダが、多くのライブラリを提供することで、専用ソフトをライブラリの組合せで完成できるレベルを目指しているようです。IDEにデバッガ機能がないArduino IDEなどは、この現れのような気がします。

ハードとソフトのオープンソース

ハード版オープンソースとしてArduinoシールドコネクタを持つ既成基板は、増えつつあります。

オープンソースを活用したソフト開発は、Unix系では当たり前です。この流れがマイコンソフトへも徐々に浸透する可能性を感じています。この場合、ハードの専用基板化開発に相当するのは、RTOS適用や弊社のマイコンテンプレートになるかもしれません。

NXPとCypress動向

NXPは2015年にFreescale、Cypressは2014年にSpansionを買収しました。買収後のNXPとCypressのマイコンラインアップがどう変わるかが気になります。
日経テクノロジーOnlineで両社のマイコン新製品と今後の開発動向に関する記事がありましたので、要点をリストアップしました。

NXP: LPCとKinetisを徐々に統合

“新生NXP初のマイコン、旧NXP系で低消費電力がウリモノ” 2016/02/24より

  • NXPのマイコンシェア、車載MCUは世界第2位、車載を除くMCUは世界第1位
  • LPCマイコンと(旧Freescale)Kinetisマイコンは、徐々に統合(Geoff Lee氏談)
  • 新製品は、NXP系のLPC54000シリーズ(Cortex-M4FでコプロセサにCortex-M0+搭載可)

弊社マイコンテンプレートで使った、NXPのLPC8xx/LPC111xと旧FreescaleのKinties Eも現在NXPから全て供給中ですが、統合される可能性があることが解ります。

Cypress: PSoC 4へCortex-M0+コアを採用

“FMマイコンもPSoCも同じツールで開発、Cypressがアルファ版をデモ” 2016/02/29より

  • 新製品PSoC 4 Sは旧Spansionライセンス取得のCortex-M0+を採用。今後新開発PSoC 4もM0+を使う
  • PSoC 4 S搭載の第4世代CapSenceは、第3世代比、雑音耐性向上と低電力化
  • PSoC 4 S Pioneer Kit ($49)、PSoC 4 S Prototyping Kit ($10)発売
  • PSoC CreatorでFM0+マイコン(旧Spansion)も開発できるよう強化中

Cortex-M0+とM0を比較すれば、M0+が優れているので、新開発のPSoC 4系にM0+を採用するのは理解できます。
数あるマイコンIDEの中で私が最も使いやすいと評価するPSoC Creatorですが、PSoC 4とFM0+はアーキテクチャが異なり、さらにPSoC 4系にM0+が採用されれば、ますますFM0+を使う機会は減ると思います。
通常のマイコンソフト開発では、M0+とM0を区別することも少ないので、Creator強化は静観したいと思います。

半導体業界動向に惑わされないマイコン技術習得

NXPによるFreescale買収など、マイコン半導体ベンダーの動きが激しい2015年末ですが、唯一ともいえる日の丸半導体、ルネサスエレクトロニクスの筆頭株主の産業革新機構が、保有するルネサス株式の一部売却の検討に入ったというニュースが、11月21日報道されました。

売却先候補は、トヨタやパナソニックなどの日本企業と、ドイツ)インフィニオンなどが挙がっています。

日本企業がルネサスを保持したい理由は、自動車向けの需要や、相対的に弱体化した日本エレクトロニクス業界の現状が背景にあると思います。もちろん、日本人開発者にとっても、日本語環境や日本語コミュニティが提供されるルネサスマイコンは貴重な存在です。

今後の機構の動きは、要注意ですね。因みにルネサスのSynergy詳細が明らかになりました。
記事によると、“既存ファミリ「RX」「RZ」「RL」は長い成功の歴史があり、今後のロードマップが決定しており、顧客に長期サポートを約束しているので、ロードマップ変更ができない”、そこで、新たなCortex-M系を用いたSynergyが米国で開発されたようです。

つまり、「RX」「RZ」「RL」が既存国内資産継承と車載向け、「Synergy」が半導体業界の“Apple”目標のUS発新設計基盤でIoT向けのようです。
だとすると、この2つでルネサスを分割するシナリオが、最もありそうだ、と思いますが…?

マイコンは、「ARMとそれ以外」にコアが別れ、「車載とIoT」でマーケットが決まりつつあります。
自動車産業と同様、国レベルで保護や競争がある半導体業界のM&Aは、予測の域を超えています。しかし、状況がどう変わっても「開発者が生き残れる技術蓄積は必須」です。

シンプルな弊社マイコンテンプレートも、その1つになればと願っております。

マイコンIDE習得のポイント

Windows 10 Home Update制御

販売中のマイコンテンプレート説明資料は、テンプレートについて重点的に説明しています。しかし、ご購入者様から頂く質問には、テンプレート動作環境、つまりマイコンIDEに関するものも多くあります。
今回は、このマイコンIDE使い方のコツ、ポイントを説明します。

Windows 10発売を機に、皆さんは今新しいOSの機能や利用方法を習得中だと思います。マイコンIDEと、このWindows 10を関連付け解説を試みます。

マイコンIDEは、OSと考えるべし

Windows 10、旧Windows 7や8と比べると、新ハードウエアやネットワーク、セキュリティ対応に機能満載です。多くの設定項目がありますが、最初はデフォルト設定で動かすのが良いでしょう。慣れてくれば、設定をいろいろに変えて、自分好みにカスタマイズもできます。

マイコンIDEも同じです。IDEは、多くのマイコン機種、使用言語、デバッグ方法に対応できるよう多くの選択肢:プロパティを持ちます。ユーザマニュアルにも、多くのページを使ってプロパティの説明があります。しかし、IDEを使う時に、これら多くのプロパティを、全部知るのは無理ですし不要です。

Windowsと同じく最初はデフォルトで使用し、徐々にカスタマイズするのがIDEやOSなどの環境ソフトの使い方です。

初心者にとって、デフォルト設定でIDEが使えればありがたいのですが、多くのIDEは、中級~上級者へも対応する、いわば「初心者と中級者以上の二兎を追う方式」のため、多少のカスタム設定が必須です。
このカスタム設定が最も少ないのが、IDEベンダ提供の標準評価ボードを使ったマイコン開発時です。弊社テンプレートが、この評価ボードで動作確認しているのもこのためです。

  • マイコンIDEのプロパティ設定が多いのは、しょうがない。
  • カスタムプロパティ設定の少ないIDE+標準評価ボードが、マイコン初心者には適す。

マイコンIDEの使い方ポイント

使用するマイコン、開発言語(C/C++ または アセンブラなど)、IDE(コンパイラやデバッガなどの開発環境)は選定済みとします。この時のIDE設定手順が下記です。3段階から構成されます。

マイコンIDE設定手順
マイコンIDE設定手順

IDEへ使用マイコンとデバッガなどの環境ツール設定が、最初の段階です。ここでは、Rapid Application Development: RADツールを使用するか否かなども選択肢になります。MCU:マイコン本体クロック設定と周辺回路の設定が、次の第2段階です。最後が、IDEが出力したスケルトンソースへ、ユーザソースを追加し、ビルド&ボードデバッグを繰り返し行い、アプリケーションを完成させます。

ポイント1:IDE生成スケルトン理解

直ぐにユーザソースを追記したい気持ちは解ります。しかし、使用するRADツールに応じてIDEが生成するスケルトンが異なることがよくあります。例えば、FreescaleのKinetis Design Studioの場合、RADツールにProcessor Expertを選ぶ場合と、Kinetis Software Development Kitを選ぶ場合とでは、スケルトンが異なります。ルネサスのCS+でも、コード生成の有無でスケルトンは全く異なります。

先ず、IDEが生成する「スケルトン動作を把握することが最重要」です。このために、RAD選択肢を変えることも必要でしょう。殆どのIDEの場合、第2段階のMCUクロックは、デフォルトで安全動作周波数に設定済みです。従って、周辺回路なしでも生成されたスケルトンコードでボードデバッグができます。

スケルトン動作把握とは、「マイコン電源投入後、順番にどの処理を行い、main()を呼出しているか、次に、割込み処理の記述はどこで行っているかを知ること」です。

main()呼出しまでの処理(スタートアップ処理)は、MCU動作クロックを変更する場合などを除けば、大体把握できればOKです。また、マイコン機種による違いも少ないです。

一方、割込み処理記述は、使用マイコンやIDEにより様々です。経験的に、IDEと標準評価ボードの組合せで用いる記述方法が、解りやすさや柔軟性に優れます。素直に、この方法でユーザ処理を追加することをお勧めします。

  • IDE生成スケルトンは、使用RADツールにより異なる。
  • 生成スケルトンの動作を把握することが最重要。

ポイント2:デバッガ接続

最初は、MCUクロックはデフォルト設定、周辺回路なし、スケルトンコードのみでビルドします。このビルドは、IDE生成分のみですので100%成功するハズです。

問題は、デバッガ接続です。

IDEがサポートするデバッガは、通常4~6種類もあります。デバッガに応じてさらに詳細設定が必要ですので大変です。ここは、ユーザマニュアルの「対応デバッガ部分のみ」を注意深く読んで、設定する必要があります。ユーザマニュアルが分厚いのは、このように対応種類が多いためです。使用するデバッガのみに絞って読めば、恐れるに足りません。

IDEとデバッガを接続後、ビルド出力をボードへダウンロードし、デバッガで動作確認します。何もユーザ処理を追加していない時の動作、例えばスタートアップ処理後のRAMクリア状態などが確認できます。

ユーザ処理は追加していませんが、これでIDEの処理全体を一通り試すことができます。

  • IDEとデバッガ接続は、ユーザマニュアルの対応部分を拾い読み。
  • 最初のビルドは、スケルトンコードのみでデバッガ接続しIDE全体処理を体験。

ポイント3:サンプルソフトAPI利用例を活用

スケルトンは、骨組みです。この骨組みに、ユーザ処理を追記すれば、アプリケーションが完成します。

骨組みには、IDEが使用周辺回路に応じてライブラリを生成します。このライブラリへのインタフェースがAPIです。IDEの役割は、APIの中身を作ることです。

ユーザソースは、このAPIの使用順序を記述するのみと考えても良いです。少し前までは、このライブラリもユーザが開発していました。しかし最近は、ライブラリはベンダが提供します。ベンダ提供ライブラリを使えば、ユーザソースは、API使用順序のみですので、移植性やメインテナンスも楽です。

APIの使用法は、これも分厚いAPIレファンスマニュアルに記述されています。しかし、真面目にこれを読む前にサンプルソフトを参照します。典型的な周辺回路APIの使い方、これがサンプルソフトです。サンプルに出てくるAPIのみをレファレンスマニュアルでチェックすれば十分です。サンプルソフトの選び方は、コチラを参照ください。

  • IDEは、スケルトンと、使用周辺回路に応じたAPIを生成。
  • サンプルソフトを参照し、典型的なAPIの使い方を学ぶ。

まとめ

多くのプロパティがあり、付属マニュアルも厚いので取っ付きにくいマイコンIDEですが、ここで示した方法を用いれば、早く効果的にIDEを習得できます。

具体的な話が少ないので、皆様のお叱りを受けそうですが、少しでもご参考になれば幸いです。

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Windowsには、様々なTipsがあります。各マイコンIDEのTipsも少なからずありますが、ここでは個々のIDEによる違いは無視して説明しました。実は、IDEで差が生じるのはRADです。RADに対しては、初心者の方は、少し力を入れてマニュアルを読む必要があるかもしれません。
但し、これも必要な周辺回路の箇所のみを拾読みすれば、事足ります。分厚いマニュアルは、読む箇所を間違わないように、拾読みで対処しましょう。

Windows 10 Home UpdateコントールTips

マイコンIDEで具体例が無かった代わりのTipsです。
Windows 10 HomeでOS Updateをユーザが制御できない問題に対し、フリーソフト: Winaero Tweakerが役立つかもしれません。Technical Preview対応ですが、製品版にも使えそうです。

Windows 10 Home Update Control
Windows 10 Home Update Control