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今年4月に発表されたばかりのルネサスIoT向き新汎用RL78/G23が、RL78 Webシミュレータを使うと手間暇かけずに開発できます。このWebシミュレータの使い方と、RL78/G23シミュレーション結果を示します。

IoT新汎用RL78/G23特徴は、コチラの関連投稿を参照してください。

RL78 Webシミュレータとは?

評価ボードやIDE無しに、Webブラウザだけで対象MCUのアプリケーションを開発でき、その消費電流が判ります。バッテリー寿命予測などに好都合です。

対象MCUは、RL78/G1xシリーズでしたが、早くもG1x後継MCUのIoT向き新汎用RL78/G23が追加されました。ログイン必須ですが、無料で利用できます。

また、Webシミュレータ上で開発したソフトウェアは、CS+やe2 studioとも互換性があるので、そのまま実際のIDE/評価ボードへエクスポートして使うこともできます。

つまり、初期費用ゼロでRL78/G23が開発でき、その開発資産も活かせます。コロナ過の今こそ役立つツールと言えます。

競合他社32ビットCortex-M0+クラスのeclipseベースIDEにも、消費電流シミュレータが付属しています。RL78/G13比、30%低消費電力化したRL78/G23の低い消費電流と比較可能です。

RL78/G23 Webシミュレーション結果

RL78/G23の評価ボード:Fast Prototyping Boardを使って、基本的なA/D変換アプリケーションをシミュレーションする例で、Webシミュレータの使い方を示します。

MCU Simulator Online (Web IDE)

Webシミュレータ初期画面のアプリケーションから選択メニューのA/D変換機能をクリックし、対象デバイスRL78/G23のMCU Simulator Online起動をクリックします。ガイドツアー利用有無を聞いてきますが、後回しOKです。

Webシミュレータ初期画面からA/D変換機能をクリックした画面
Webシミュレータ初期画面からA/D変換機能をクリックした画面

RL78/G23 Fast Prototyping Board上で、A/D変換アプリケーション(サンプルアプリケーション)がインポートされたMCU Simulator Online画面が表示されます。

RL78/G23 A/D変換アプリケーションのMCU Simulation Online画面(Web IDE)
RL78/G23 A/D変換アプリケーションのMCU Simulation Online画面(Web IDE)

ビルド、リセットや実行などアプリケーション開発に最低限必要となるボタンが用意されたWeb IDEがMCU Simulator Onlineです。

ビルドをクリックするとConsole窓にビルド結果が表示されます。オリジナルサンプルアプリケーションのまま無変更なので、ビルドは成功します。

RL78/G23 Fast Prototyping Board

左端Boardクリックで、RL78/G23 Fast Prototyping Boardが表示されます。アプリケーション動作確認に必要な外部部品:ポテンショメータは、P22/ANI2に接続済みです。

RL78/G23 A/D変換アプリケーションのFasr Prototyping Board画面
RL78/G23 A/D変換アプリケーションのFasr Prototyping Board画面

実行をクリックすると、ポテンショメータのスライドバーに連動して、赤7セグ表示(変数値表示パネル)が変わります。これが、アプリケーション実行時のFast Prototyping Board動作状態です。

RL78/G23 A/D変換アプリケーション消費電流

左端Reportクリックで、アプリケーション動作時の消費電流シミュレーション波形と平均値が表示されます。ピーク時3mA、平均600μA程度でA/D変換を実行することが判ります。

RL78/G23 A/D変換アプリケーションの消費電流画面
RL78/G23 A/D変換アプリケーションの消費電流画面

Webシミュレータ終了

Webシミュレータで、RL78/G23とA/D変換アプリケーションを選んでビルド、評価ボードで動作確認、消費電流シミュレーション波形とその平均値を得るまで、わずか2~3分です(ガイドツアーは除く)。

実機で同じことを行えば、半日~1日は掛かります。しかも、実際のIDE設定や評価ボードとの接続、測定装置準備など全てが上手く出来た上での話です。実機ではこの段階で、つまずきを経験した方も多いでしょう。

手間暇かけずにWebシミュレータ上でRL78/G23開発を試すことができることがお解り頂けたと思います。

また、Web IDEでサンプルアプリケーションに変更を加えステップ実行、SWやLEDなどの外部部品をBoardへ追加することもできます。詳しくは、左下Info.クリックで表示されるガイドツアー、オリジナルプロジェクト作成を試すクリックで判ります。

ガイドツアー開始画面
ガイドツアー開始画面

Webシミュレータ終了は、MCU Simulator Online右上ハンバーガーメニューのサインアウトクリックです。プロジェクトは、90日間自動保存されますので、途中から開発継続することも容易です。

Web Simulator Online終了ダイアログ
Web Simulator Online終了ダイアログ

まとめ

RL78 Webシミュレータは、ブラウザだけを使って、誰でも簡単に初期費用ゼロでRL78/G1x/G2x開発が試せます。予め多くのサンプルアプリケーションがWeb IDEに用意済みで、仮想評価ボード上でアプリケーション動作確認、消費電流波形、平均消費電流計算が、僅か数分でシミュレーションできます。

Webシミュレータで開発したソフトウェアは、CS+やe2 studioへエクスポートできます。実機開発前、または、開発中であっても並行利用によりRL78/G1x/G2x開発に役立つツールです。

汎用RL78/G1x後継となったIoT向き新汎用RL78/G23のFast Prototyping Board上で、A/D変換アプリケーションシミュレーション例を示し、Webシミュレータ使用法、平均600μA低消費電流計算結果を得ました。

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ルネサスエレクトロニクスが、2021年4月13日、新世代の汎用MCU RL78/G23を発表しました。RL78/G23は、弊社RL78/G1xテンプレートデバイスRL78/G13やRL78/G14の製造プロセスを改良し、IoT向き機能を強化した汎用MCUです。

新しいRL78/G23と従来RL78/G13を比較し、ルネサスIoT Edge MCU機能強化点と評価ボードを調べました。

新汎用RL78/G2xシリーズ位置づけ

汎用RL78MCU変遷(出展:RL78 ファミリパンフレットに加筆)
汎用RL78MCU変遷(出展:RL78 ファミリパンフレットに加筆)

ルネサスRL78ファミリパンフレット2021.04のp1記載RL78ロードマップから汎用MCUファミリを抜粋し、加筆したのが上図です。RL78/G23は、RL78/G13とG14性能の大部分をカバーした新しい汎用MCUであることが判ります(縦軸:性能、横軸:年代、橙色囲み:テンプレート対象RL78/G1xシリーズ)。

新汎用RL78/G23は、従来汎用RL78/G1xシリーズへIoTエッジ向き機能(製造プロセス、Snoozeモード・シーケンサ、高速オンチップオシレータ高速起動、中速オンチップオシレータ搭載など)を追加し、RL78/G1xシリーズと互換性があります。

RL78/G23のIoT Edge MCU機能強化点

RL78/G23は、RL78/G1x比、主に下記機能が強化されています。

  • Snoozeモード・シーケンサ搭載
  • RL78/G13比、30%低消費電力化
  • IoTエッジMCUセキュリティ強化

Snoozeモード・シーケンサ

Snoozeモード・シーケンサ(SMS)は、Snooze中のMCUを起動することなく、演算、分岐、周辺回路制御の順次処理が可能なMCU内蔵ハードウェアです。SMSはMCUよりも動作電流が少ないため、低電力動作になります。

Snoozeモード・シーケンサによる低電力動作効果(出展:ルネサスRL78ファミリ)
Snoozeモード・シーケンサによる低電力動作効果(出展:ルネサスRL78ファミリ)

従来のRL78/G13も、低電力動作用Snoozeモード(上図)を持っていました。Snoozeモード・シーケンサ(下図)は、周辺回路制御(Analog/Port settings)や、データ・トランスファー・コントローラ(DTC)の直接起動(USRT transmission)など、従来MCUの代わりに、予め設定した最大32個のシーケンシャル処理実行が可能です。

このSMSを活用すると、点線部分のMCU動作が不要となり、従来のRL78/G13よりも更に低電力処理が可能です。

30%低消費電力化

RL78/G13比、30%少ない低消費電力動作のRL78/G23(出展:ルネサスサイト)
RL78/G13比、30%少ない低消費電力動作のRL78/G23(出展:ルネサスサイト)

前述のSMSや新製造プロセスなどにより、RL78/G13(64KB)比、30%の低消費電力化を達成しています。ROM容量が128KBと2倍での比較になる理由は、次章セキュリティ強化で説明します。

なお、RL78/G23最高動作周波数は32MHzで、従来RL78/G13と同じです。

IoTセキュリティ強化

RL78/G23新追加のSecure update and secure boot(出展:ルネサスRL78ファミリ)

IoTエッジMCUセキュリティ強化のため、RL78/G23には、RL78/G1xには無かったセキュア・ブートとセキュア・アップデート機能が実装されています。セキュア・アップデートには、実行中ROM領域に加え、書換え用ROM保存領域も必要になるため、従来比2倍のROM容量が必要です。

2倍詳細は、関連投稿:STM32G0/G4のRoot of Trust (1)~(3)、または、セキュア・ファームウェア更新:タグなどを参照してください。

RL78/G23 Fast Prototyping Board

RL78/G23 Fast Prototyping Board(出展:ユーザーズマニュアル)
RL78/G23 Fast Prototyping Board(出展:ユーザーズマニュアル)

従来のルネサス評価ボード(QB-R5F100LE-TBなど)は、開発時、別途E1/E2エミュレータが必須でした。新しいRL78/G23(32MHz、64ピン、ROM/128KB、RAM/16KB) Fast Prototyping Board(2590円)は、USB-シリアル変換器が搭載され、USB経由でデバッグとプログラミングが可能です。

RL78/G23 Fast Prototyping Board(出展:ユーザーズマニュアル)
RL78/G23 Fast Prototyping Board(出展:ユーザーズマニュアル)

従って、micro USBケーブルでPCと接続しさえすれば、エミュレータ無しでもプロトタイプ開発に着手できます。また、Arduinoコネクタも実装済みで、各種Arduinoシールドをスタック装着できる評価ボード形状になりました。

まとめ

RL78/G23は、RL78/G13互換性を重視し、IoTエッジ向き低電力性とセキュリティを強化した新世代の16ビット汎用MCUです。

エミュレータ不要でArduinoコネクタ実装済みRL78/G23評価ボード(32MHz、ROM/128KB、RAM/16KB)は、制御系載せ替えモジュール化が可能となり、競合他社MCUとの比較も容易です。

載せ替え制御系モジュールの詳細は、コチラの関連投稿3章:半導体不足時のMCU開発対策案を参照してください。

あとがき

久しぶりのRL78マイコンカテゴリ投稿でした。32ビットARM Cortex-M0+コア対抗のため、低消費電力化と評価ボード改善を図ったのが、RL78/G2xシリーズ第一弾:RL78/G23です。

その特徴を活かすには、新追加Snoozeモード・シーケンサ活用、つまり、ルネサスSxコア動作の休止に磨きをかけたソフトウェア開発(従来ソフトの一部SMSハード化)が必須です。

これは、Cortex-Mxコア低消費電力アプローチ:より高周波数の動作+コア休止時間幅拡大とは、方向性が異なると感じました。ルネサスは、RL78/G1x顧客サーベイの結果、製造プロセス進化アドバンテージを、高周波数動作よりも、SMS追加や2倍メモリ増量へ配分したのでしょう。

このSMSを、ルネサス供給中のCortex-MxコアMCUへも搭載すると、差別化できるかもしれません。

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2018年12月21日、ルネサス エレクトロニクスのツールニュース2018.12.16号で、使用部品の生産終了のため、E1エミュレータ生産中止が予告されました。来年2019年12月31日が、最終オーダー受付日です。

E1エミュレータ(出典:秋月電子通商)
E1エミュレータ(出典:秋月電子通商、12,600円で販売中)

E1代替エミュレータ

E1エミュレータの代替は、E2またはE2エミュレータLiteです。ターゲットボードとの接続は、同じく14ピンコネクタですのでそのまま使えます。
但し、R8Cは、E1を継続使用、RH850は、E2へ変える必要があります。

ルネサスMCUとエミュレータ対応表(2018年12月現在)
対象マイコン E1 E2 E2 Lite
RL78ファミリ(本ブログ掲載) 対応中 対応中 対応中
RXファミリ 対応中 対応中 対応中
R8Cファミリ 対応中 非対応 非対応
RH850ファミリ 対応中 対応中 非対応

本ブログを始めた頃のR8C開発時代、IDE Hewに使っていたE1エミュレータが、あと1年で生産中止になるとは、私も年を取ったということです。

但し、稼働中のR8Cシステムメインテナンスなどに、ソフトウェア書き換え用として14ピンコネクタ以外のUARTなどを準備していれば別ですが、E1エミュレータは必須ですので、注意してください。

また、新たにRL78開発環境の構築を考えている方は、E1エミュレータではなくE2エミュレータLite(秋月電子:7,980円)の購入をお勧めします。

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汎用MCUの定義が変わりつつあります。ルネサスエレクトロニクス(以下、ルネサス)のRL78ファミリから、最近の汎用MCUの変わりつつある現状を考察します。

RL78ファミリの汎用MCUロードマップ

2018年6月版の最新RL78ファミリMCUカタログから抜粋したRL78ファミリのロードマップです。

RL78ファミリロードマップ (出典:ルネサス汎用MCUラインアップカタログ)
RL78ファミリロードマップ (出典:ルネサス汎用MCUラインアップカタログ)

赤囲みのRL78/G1xが汎用MCU製品を示します。2014年以後は、For小型システムやForモータシステムなど、一見するとASSP:application-specific standard product、特定用途向けMCUのような製品が汎用MCUの中にあります。

これは、RL78/G1Fのコンセプトを見るとその理由が理解できます(出典:ローエンドマイコンで実現できる 高機能なブラシレスDCモータ制御

RL78_G1Fのコンセプト(出典:ローエンドマイコンで実現できる 高機能なブラシレスDCモータ制御)
RL78_G1Fのコンセプト(出典:ローエンドマイコンで実現できる 高機能なブラシレスDCモータ制御)

つまり、汎用MCU RL78/G14を、モータシステム向きに周辺機能拡張や使い勝手を向上させたのがRL78/G1Fなのです。あくまで汎用MCUがベースで、それを特定用途、この場合はモータ制御向けに調整したのです。

このメリットは、開発者、ルネサス双方にあります。開発者にとっては、使い慣れた汎用MCUの延長上に特定用途向けMCUがあるので馴染みやすく開発障壁が低くなること、ルネサスにとっては、新規ASSPを開発するよりも低コスト、低リスクなことです。

RL78ファミリの汎用MCUとは、変わる定義

RL78ファミリのMCUには、S1/S2/S3という3種類のコアがあります。数字が大きくなると高性能になります。

関連投稿:RL78 S1/S2/S3コアの分類

ルネサスの汎用MCUとは、これらS1/S2/S3コアを使ったMCU製品を指します。また、RL78/G1FのようにS3コアMCUのRL78/G14をベースとし、特定用途向け機能を付加したものも汎用MCUです。

※弊社は、S1/S2/S3コアの各汎用MCUに対してRL78/G1xテンプレートを販売中です。

販売中の汎用MCU向けテンプレートと特定アプリ向けMCUの関係
販売中の汎用MCU向けテンプレートと特定アプリ向けMCUの関係

この特定用途名が、ルネサスが考えるIoT時代にふさわしい汎用MCUと言えます。「汎用」という従来の広く漠然とした用途よりも、より「具体的な用途・応用に適す汎用MCU製品」としてRL78/G1FやRL78/G11があるのです。

特定用途向け汎用MCU開発にもRL78/G1xテンプレートが役立つ

このIoT時代の特定用途向けMCU開発でも、弊社RL78/G1xテンプレートが使えます。ベースが「汎用中の汎用」RL78/G10(S1コア)、RL78/G13(S2コア)、RL78/G14(S3コア)だからです。

例えば、RL78/G1Fのアプリケーションノートやサンプルコードは、具体的でほとんどそのまま開発製品へ適用できます。しかし、用途が限定されているだけに、逆に簡単な機能追加が難しい場合もあります。そんな時に、テンプレートが提供するサンプルコードを活かしつつ処理を追加できる機能を使うと便利です。

ここでは、ルネサス汎用MCUについて考察しましたが、NXPセミコンダクターズやSTマイクロエレクトロニクス、Cypressセミコンダクターなどの他社MCUベンダも同様です。汎用MCUの定義は、より具体的な用途・応用名が付いたIoT MCUへ変わりつつあります。しかし、基本の汎用MCUを習得していれば、より応用し発展できます。基本が重要だということです。

IoTでは、MCU開発はより複雑で高度になります。また、製品完成度の要求もさらに高まります。基本要素や技術を、(たとえブラックボックス的だとしても)積み上げられる、基礎・基本を習得した開発者のみが生き残ると思います。開発者個人で基礎を習得するために、是非弊社マイコンテンプレートをご活用ください。

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NXPとルネサス、両社幹部が語ったMCU開発動向記事から、弊社ブログARM Cortex-Mシリーズ、16ビットMCU RL78関連部分をピックアップしました。動向記事は下記です。

NXPのMCU開発動向

記事によると車載MCUは、製品群をS32 Automotive PlatformでARMアーキテクチャ(Cortex-A、Cortex-R、 Cortex-M)に全て統一し、基本的なペリフェラル、メモリインタフェースを共通化、S32デバイス間ならソフトウェアの90%を再利用できるそうです。

同時にS32 MCUは、自動車用機能安全規格である「ASIL-D」に対応し高度セキュリティを担保、また完全なOTA(Over the Air)機能もサポート予定です(OTAはコチラの投稿参照)。

S32製品は、2018年1Qサンプル出荷、2019年から量産予定です。

Common Hardware Architecture Platform (Source: NXP)
Common Hardware Architecture Platform (Source: NXP)

この車載MCU開発動向は、本ブログ対象の家庭や個人向けCortex-MコアMCUへも影響を与えると思います。NXPはFreescale買収後、LPCとKinetisの2つのCortex-Mシリーズ製品を提供中です。

ARM Cortex-M Core Kinetis and LPC
ARM Cortex-M Core Kinetis and LPC

S32製品の強み、ハードウェア共通化、ソフトウェア再利用、セキュリティ確保、OTAは、そのまま現状NXPの 2製品並立Cortex-Mシリーズへも適用される可能性が高いと思います。その方がNXP、新規ユーザ双方にとって開発リソースを集中し易いからです(現行ユーザには多少インパクトがありますが、Cortex-Mコアは同じなので、SDKなどが変わるかも?!しれません…)。

ペリフェラルが共通化されれば、サンプルソフトも同じになるでしょう。ソフトウェア90%再利用は、ライブラリ充実化も見込めます。差分の10%は、Cortex-コア差、セキュリティレベル差、応用範囲などになる可能性があり、期待できそうです。

ルネサスのMCU開発動向

ルネサスは、2018年夏発売予定のRZファミリで、組込みAIによる推論モデル処理能力を10倍、2019年末までに更に10倍、2021年で10倍にし、推論処理能力を1000倍にするそうです。このために動的に再構成可能なプロセサ技術「DRP(Dynamically Reconfigurable Processor)」を汎用MCU製品へ取り込んでいくそうです。

RZファミリ:現状ARM Cortex-A9 400MHz採用の家電、カーオーディオなどが対象のMCU。

Cortex-AコアのRZファミリとRL78の比較(Source: Runesas)
Cortex-AコアのRZファミリとRL78の比較(Source: Runesas)

能力向上したAI推論により、振動などの画像データを扱えるようになり、さらにはそのフレームレートも高められ、例えば、熟練工のノウハウをエンドポイントで自動化できるようになる。1000倍ともなれば、現在はエンドポイントでは難しいとされる学習も行えるようになるそうです。

産業機器分野では、自動化やロボット化の実現に関わる異常検知、予知保全、認知検査などにAI処理能力を適用予定です。

1月14日投稿のルネサスe2 studioのAI利用無償プラグインで開発環境を提供しますが、弊社対象のRL78ファミリでどの様に実現されるかは不明です。

AI処理能力を1000倍化(Source: Runesas)
AI処理能力を1000倍化(Source: Runesas)

正常進化のNXPと差別化のルネサス

NXP、ルネサスともにARMコアMCUの開発動向は似ています。ルネサス幹部が、汎用MCU統括のため、あえて産業分野にフォーカスして語っただけと思います。

差分は、NXPがARMアーキテクチャの正常進化とも言えるソフトウェア資産の共通化を全面に推しているのに対し、ルネサスは、差別化DPR技術で推論機能の1000倍化を目指す点です。
※正常進化の根拠は、コチラの投稿のCMSIS参照

この差別化がガラパゴスになるのか、それとも光る技術になるか、今年夏頃の新製品RZファミリに注目します。

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EE Times Japan、2107年12月26日にルネサスCEO、呉 文精(くれ ぶんせい)氏のインタビュー記事が掲載されています。

この中で、ルネサスが、競合NXPをどのように評価分析しているか、車載半導体のどの市場を攻めていくかを語っています。前回投稿で述べたように、車載MCUの開発動向は、弊社が扱う家庭や個人向けIoT MCUにも強い影響を与えます。記事の中から、この車載MCU開発動向に関する部分を抜粋します。

ルネサスのNXP評価分析

  • ルネサスがIntersilを買収した理由は、アナログ半導体の利益率の良さ。NXPは、もともと車載MCUに強いFreescaleを買収したので、最近のNXP車載MCU新製品は、ルネサスの脅威であり過小評価はできない。
  • QualcommによるNXP買収は、国境を越えた合併なので社風、社員の相性問題あり。ビジネスモデルもNXPとQualcommで異なる。シナジー効果を早期発揮するのは困難で、短期的にはルネサス有利。

ルネサスは、Intersilのアナログ回路を手に入れました。この結果、RL78/G11やRL78/L1Aのように、汎用MCUへアナログ回路を実装し、他社差別化の動きを加速すると思います(アナログ強化については、2017年8月3日投稿のRL78ファミリのロードマップも参照)。

ルネサスは量産車の車載半導体を狙う

  • NVIDIAやIntelは、ハイエンド(超高性能、大電力使用、高価)GPUからのアプローチ。ルネサスは、車のボリュームゾーン(量産車)に適用できる低消費電力で、低価格、 機敏な計算能力を持つMCUからのアプローチ。
    ルネサスは、量産車に載る半導体市場を狙う。

以上2項目について記事を抜粋しました。ルネサス(+Intersil)が思い描く車載半導体ビジネスが良く判る記事です。

車載メモリ

車載MCUの高性能化は必須です。もう1つの車載半導体のトピックは、メモリだと思います。

この場合のメモリとは、従来のEEPROMに相当する電源OFFでもMCU必須パラメタなどを保持できる不揮発性メモリを含みます。ルネサスの車載メモリ動向(この場合はフラッシュROMですが)は、2017年12月11日投稿で記載しています。

例えば、走行距離などは、バッテリーを外しても保持する必要があり、高信頼で不揮発データ蓄積の要求は、EV→自動運転レベルが高度になればなるほど高まります。

Cypressは、FRAM(強誘電体メモリ)という新しい技術を車載、IoT両方に提唱しています。SRAMと同様に重ね書き可能で短いアクセス時間、書換え回数も多くデータ保持期間100年(リテンション)という長さが特徴です。

FRAMと他メモリの比較(AN706-00053-1v0-J.pdfより)
FRAMと他メモリの比較(AN706-00053-1v0-J.pdfより)

FRAMの詳細は、chip1stopのCypressインタビュー記事で解ります。

*  *  *

低価格、高性能、大容量メモリのMCUは、IoT MCUの要件でもあります。EVや自動運転の技術開発は急速で、しかも車載半導体は、大量生産が期待出来るので、MCUベンダ間の競争は激化しています。車載半導体でデファクトスタンダード技術になると、IoTへもそのまま使われることは、十分あり得ます。

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RL78 Quick Solutionは、RL78マイコンのアプリケーション「実例」です。従来ベンダ提供サンプルソフトの枠を超え、アプリ動作ハード基板:PCB、部品BOM、ユーザーズマニュアル(残念ながら英文ですが…)も「ルネサスが提供」します。

RL78 Quick Solution
RL78 Quick Solution

アプリケーション実例の貴重性

PCB Soulution (Source: R01AN3909EC0100 Rev.1.00)
PCB Soulution (Source: R01AN3909EC0100 Rev.1.00)

顧客に製品を納める方法は色々ありますが、PCBも含めて納めることは稀です。製品を求める顧客にとってPCB(ガーバーファイル)の必要性は低く、逆に開発側にとってPCBはノウハウの塊だからです。

例えば、Figure 3.3/3.4で太い配線を部分的に使っています。これは電流容量を稼ぐためです。回路設計者が、回路図にコメントを付記しても、PCB化時に実際にどの太さを用いるかは、アートワーク担当者が決めます。また、どのように配線するかでノイズ耐力や部品実装のし易さも変わります。PCBはこれら検討結果が反映されており、開発側の実力を示しています。

ベンダのMCU評価ボードは、STM32 Nucleo boardなどでもPCB&BOM掲載が一般的になってきました。しかし、アプリケーションレベルでのPCB掲載は、珍しいと思います。つまり、このRL78 Quick Solutionは、アプリ開発側にとって貴重な情報源と言えます。

ソリューション例

ソリューション例(サイトより)
ソリューション例(サイトより)

2017年12月現在のソリューション例が、上記です。例示したセーフティライトカーテン以外に10種掲載中です。ガーバーファイルやBOMがありますので、ハード製作は出来ます。勿論、動作ソフトもサンプルソフトではなく、アプリケーションソフト(!)が添付されています。

*  *  *

個人的意見を言わせてもらえれば、コストレベルでは、さらに改良の余地が残されたソリューションが多いと思います。ルネサスRL78マイコンを存分(!)に複数使っている箇所があるからです。しかし、高性能マイコン1個で開発するより、複数MCUの方がソフト開発は楽でしょう。機能追加も容易です。

従って、MCUコストとソフト開発リスクのどちらに重点を置くかで、意見が分かれるでしょう。

ルネサスがこのアプリケーション例を公開した背景は、より多数のルネサスRL78マイコンを、より簡単開発で購入してもらうためだと思います。それでも、開発側にとって貴重な情報であることに変わりありません。

ソリューションは、定期的に追加されます。ソルーション例に近いアプリケーション開発を検討されている方は、是非参考にしてください。

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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3回目)の最終回を紹介します。

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(2017年10月29日投稿済み
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(←今回の投稿)

マイコンデータシートの見かた

3回分割のマイコン個別機能データシートの見かた、最終回ではSPIとADCの記載データ見かたが当初予定に追加されました。SPIは、接続デバイスがASICやFPGAの場合の注意点、ADCは、アナログ回路なので消費電流が大きくなる点に注意すべきだと記載されています。

当然のことですがデータシートは、データ値の羅列です。従って、そのデータ値の意味と解釈の仕方は、例えば記事図9の赤囲みコメントで付記されたようにすべきです。しかし、普通は残念ながら赤囲みコメントは、データシートには付いていません。

サンプル&ホールドタイプのA-Dコンバーターの電気的特性
サンプル&ホールドタイプのA-Dコンバーターの電気的特性(記事、図9より)

従って、この赤囲みコメントが自然に頭に浮かぶような勉強、半導体の基礎知識がマイコンを使うには必要で、その知識を背景にデータ値を読むことを記事は求めています。

連載3回範囲のデータシート見かたまとめ

  • フラッシュメモリは、高温使用時、データ保持年数が短くなる。データシート記載値は、MCU内部書込み/消去時間であり、書込み開始~終了までの作業時間ではない。書き換えビットが増えると消費電流も増える。
  • EMS/EMI/ESDは、MCUを実装した基板や使用環境に依存。データシート記載値は、MCU「単体の能力」。
  • 汎用IOは、電源電圧を下げると端子駆動能力も下がり、立上り/立下り時間が長くなる。しかし、STM32MCUは、駆動能力をレジスタで設定できるので遅くなることを抑えることができる。
  • MCUリセット回路設計時は、フィルタリング信号幅のグレーゾーンを避けることが必須。
  • SPIは、接続デバイスがASICやFPGAの場合、十分なタイミングマージンが必要。
  • ADCは、アナログ回路のバイアス電流のため消費電流が大きくなる。また電流変動で変換誤差が増える。

全て学んだ後の開発着手では遅い!

開発者に求められるのは、「開発したもの」です。

そして、多くの場合、短い期限付きです。問題は、この期限内で、なにがしかの結果、成果を出さなければ、開発者としてはNGなことです。しかし、成果を出すには勉強、知識も必要です。

初心者は、この勉強、知識の入力時間と、成果の出力時間の配分が上手くありません。ベテランになると知識も増えますが、入出力の時間配分が上手く、結局何らかの成果も生みます。特に開発者は、全行程の自己マネジメント(時間配分)にも注意を払う必要があります。

例を挙げると、夏休みの自由課題を何にし、休み中にどのように仕上げるか、です。もし提出物が無ければ、課題に取り組んでいないのと(殆ど)同じです。

残業時間制約も厳しく、開発者にとっての作業環境は厳しくなる一方です。弊社マイコンテンプレートとMCUベンダ評価ボードとの組合せは、開発者が求められる出力を早期に生み出すツールになると思います。

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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回範囲のデータシートの見かたまとめ

  • 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。

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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回範囲のデータシートの見かたまとめ

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。