最新ARM Cortex-Mマイコン：MCU製品からその動向を調査します。前稿ルネサスエレクトロニクス（以下ルネサス）RL78ファミリの汎用MCU変遷に続き、ARM Cortex-MコアMCU編という位置づけです。最後に両者を比較し、IoT MCUを特徴付ける3要素についての私見を示します。
最新ARM Cortex-Mマイコン製品の特徴
本ブログ掲載中のベンダ各社とMCUです。
ルネサス以外は、全てARM Cortex-Mコアを用いています。これらをARMコア製品、一方ルネサスはNon ARMコア製品と呼ばれます。現在のMCUは殆どがARMコア製品です。
各社ともIoT向けのMCU新製品を発売中です。その中からNXPセミコンダクターズ（以下NXP）のLPC51U68 MCU（2018年3月発売）をピックアップし特徴を抽出します。
LPC51U68は、8/16ビット置換えを狙う低消費電力Cortex-M0+コアを最大100MHz動作まで高め、USB2.0、256KB ROM、96KB RAM実装、12bit 5Mspsと高機能ADC内蔵のMCUです。
コア速度のアプリケーション対応（置換えからIoT市場開拓へ）
32ビットCortex-M0/M0+コア本来の目的は、既存8/16ビットMCUの置換えです。従ってこれまでは、既存MCU（例えばルネサスS1/S2/S3コア）速度と同等の30～50MHzがCortex-M0/M0+コア動作速度でした。しかし、NXPはより低速で低消費電力な8MHzや15MHzのコア速度の新製品を発表しました。
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つまり、既存MCU置換えだけでなく、よりアプリケーションに適したコア速度採用のARMコア製品の一環として開発されたのが紹介した100MHz動作のLPC51U68です。
ARMコア製品は、8/16ビット置換えから、IoTアプリケーション市場開拓への展開も始めたと言えるでしょう。
IoT向きの周辺回路実装（汎用からIoTアプリケーションMCUへ）
従来MCUもUSB接続でプログラムダウンロードやデバッグはできます。これらに加えLPC51U68のUSBは、USB 2.0ホスト機能もライブラリで提供します。PC同様、USBキーボードやデータロガー用に簡単に大容量USBメモリがMCUに接続できるので、HMI（Human Machine Interface）に優れたIoTデバイスが開発できます。
ADCもE-meterなどにも使いやすいような高機能版が用いられています。
ROM/RAM容量が増えるのは、これらIoT向け周辺回路を制御・活用するために必要で、副次的なものと言えるでしょう。
評価ボードLPCXpresso51U68 (OM40005) Development Board価格も￥3,518（DigiKey調べ）であることから、これだけ機能が増えても、従来ARMコア製品と同レベルで入手できると思われます。
最新ARM Cortex-Mマイコン動向まとめ
NXP）LPC51U68だけでなく、競合他社Cortex-M0/M0+/M3新製品についても同様の傾向が見られます。最新Cortex-Mマイコンの動向をまとめたのが下記です。
- IoTアプリケーションのためコア動作速度を数MHz～100MHz超の範囲で電力消費最適化
- USBホスト機能や高機能アナログなど、IoTアプリケーション対応高機能周辺回路を実装
一方、前稿Non ARMコア製品のルネサスMCU動向をまとめると、
- 低消費電力16ビットS1/S2/S3コアの使い分けで、きめ細かな電力消費へ対応
- アナログ機能やモータ制御機能を追加実装し、IoTアプリケーションMCUへ展開
どちらも、無線通信やセキュリティの要求が高いIoT MCUに対して、従来の汎用MCU製品のままでは対応しにくく、より具体的なIoTアプリケーションへ向けた機能拡張を行い、セミASSP的なIoT MCU製品となっています。
※セミASSP：汎用MCUをベースに、特定アプリケーション向けに調整したMCU。汎用MCU開発に慣れた開発者が、特定アプリ開発に臨む時、ASSPに比べ馴染みやすく開発障壁が低い。
ARMコア製品が柔軟性や拡張性に富み、一方で、Non ARMコア製品のルネサスもIoT向きに汎用MCUを調整しています。いずれにしても汎用MCUは、よりアプリケーション向きのMCUへ変化しつつあります。
IoT MCUを特徴付ける3要素
IoT MCUは、以下3要素から構成されると考えると理解が容易になります。
- IoTアプリケーション対応高機能周辺回路
- MCUコア
- 汎用周辺回路：タイマー、GPIO、UART、I2C、一般的ADC
先ず、どのようなアプリケーションにMCUを使うかで「IoTアプリケーション対応周辺回路」が実装されます。例えば、USBホスト機能が必要なアプリであれば、NXP）LPC51U68などです。
次に、そのアプリケーション周辺回路制御に十分な動作周波数や性能をもつ「MCUコア」が決まります。
最後に、「汎用周辺回路：タイマーやGPIO、UART、I2C回路」の実装数がアプリケーションに対して十分か調べます。
多くのアプリケーションに広く対応できる汎用MCUの汎用周辺回路のみで開発できるアプリケーションであれば、実績が多い汎用MCUを選び、IoTに必要となる無線やセキュリティ機能を外付け部品で構成すると良いと思います。
より具体的なIoTアプリケーションに対応する場合は、IoTアプリケーション対応周辺回路を持つ各社の新製品MCU（セミASSP MCU）を選び、開発するのが良いと思います。
「IoTアプリケーション対応高機能周辺回路」とは、文字通りアプリに応じた開発や応用、最適化が必要です。各社はこのIoTアプリケーション対応周辺回路に対して、ライブラリやアプリケーションノートを提供しますので、開発はそれらを応用、流用するとリスクが低くなります。
一方、「MCUコア」と「汎用周辺回路：タイマーやGPIO、UART、I2C回路、一般的なADC」は、既存の開発ソフトウェアやハードウェアがほとんどそのまま使える可能性が高い部分です。
IoT MCUを早期開発するには、この既存ソフトウェアやハードウェアを流用し、より多くの時間をIoTアプリケーション開発へ配分する方法が適します。弊社マイコンテンプレートは、この汎用開発部分に役立ちます。ご活用ください。