組込みARMプロセッサ・マイコン搭載ボードの開発

組込みARMプロセッサマイコン搭載ボードの開発
IoT時代を迎え多様なセンサーや通信機能のニーズに対応するため、ハイコストパフォーマンスで、低消費電力な組込みプロセッサへの需要が増えております。東京エレクトロンデバイスでは、商社機能として組込みプロセッサの代表格ともいえる多種多様なARMプロセッサなどを取り扱っております。各種製品スペシャリストが在籍しており、御要求仕様に応じた最適な選定を行うことが可能で、これらを搭載した組込みボードの開発も盛んに行っております。本記事では、ARMプロセッサ、およびマイコンを搭載した組込ボードの開発事例をご紹介します。

1.どのような製品取り扱いラインアップがあるの？
2.開発事例は？
3.商社を有するデザインセンターならではのアプローチは？

代表的な取り扱いメーカーと製品ラインアップは以下の通りです。

代表的な取り扱いメーカーと製品ラインアップ

NXP社製NXP社 i.MX8M は14nmプロセスが採用され、消費電力を最適化したスケーラブルなマルチコア・アプリケーションプロセッサになります。

【NXP社 i.MX8M Nanoアプリケーションプロセッサ特徴】

特長
•コアあたり最大1.5GHzで動作するQuadコアArm Cortex-A53、Quad/Dual/singleコア製品を用意
•RTOSによるリアルタイム処理用に最大750MHzで動作するArm Cortex-M7
•3D GPU（OpenGL ES 2.0/3.0/3.1、OpenVG 1.1、OpenCL 1.2、Vulkan）、GPUが無いi.MX8M Nano Lite製品もラインナップ
•ディスプレイおよびカメラインターフェース（MIPI-DSI/MIPI-CSI）
•マルチチャンネルオーディオおよびデジタルマイクロフォン入力、ハードウェア非同期サンプルレート変換（ASRC）
•Wi-Fi/BT、Ethernet、USB、およびメディアストレージ用の幅広い接続オプション
• DDR3L 、LPDDR4および標準DDR4メモリのサポート（x16）
•0.5mmピッチ、14mm x 14mmパッケージで提供
•ピン互換でVideo Codecを実装したi.MX8M Mini製品への置き換え対応も可能

ここでは、本プロセッサを用いた開発事例を見てみましょう。以下は、ロボットビジョン制御ボードのブロック図になります。

ロボットビジョン制御ボードブロック図

当社では、仕様検討/部品選定/回路図設計／アートワーク設計といった基板開発から、リアルタイム性が要求される本アプリケーションに最適なプロセッサの選定から、カーネル構築/画像取得/送信アプリケーション/PC側ソフトウェア開発といった一連のソフトウエア開発のお手伝いをさせて頂きました。

次にご紹介するのは、10種類以上の通信標準規格をサポートする産業用通信プロセッサTI社Sitara™ SOC /AMIC110を用いた事例です。

【SOC /AMIC110特徴】

特長
・最大周波数1GHz,Arm® Cortex™-A8コア,with Neon SIMDコプロセッサ
・PRU-ICSS(2xPRUコア、専用のRAMおよびペリフェラル内蔵）
・2-port 10/100 PRU EMAC
・DDR2,DDR3,DDR3L,LPDDR
・派任用メモリコントローラ（GPMC)
・2x　USB2.0 OTG(PHY内蔵）
・シリアルI/O,SPI,UART,CAN)
・PRU-ICSSによりマルチプロトコル・フィールドバスをサポート
・各種プロトコル・ファームウェアを用意

産業用ネットワークは「コントローラエリアネットワーク」と「フィールドネットワーク」のインタフェースで使用され通常のEtherIFとは異なり、各ネットワーク専用の通信プロトコルが必要となります。以下は産業用オープンネットワーク基板のブロック図になります。

産業用オープンネットワーク基板ブロック図

本プロセッサでは、EtherCATのスレーブ機能を実装し、アナログセンサー入力をADコンバートし、上位機器に転送する機能を実装しました。

取り扱いメーカー様にて、各製品のEVKやリファレンスデザインも豊富に準備されております。ここではそれらを活用した開発事例を見てみましょう。Infinion社のArm® Cortex®-M0+ CPU を内蔵したプログラマブル組込みシステムコントローラーPSoC 4概要は以下の通りです。

【Infineon社 PSoC 4特徴】

特長
・32ビットMCUサブシステム
– Arm Cortex-M0およびArm Cortex-M0+コア
– 最大48MHzのCPU速度
– WCO(Watch Crystal Oscilator)搭載のリアルタイムクロック
・プログラム可能アナログブロック
– 最大10ビット、11.6Ksps ADC
– 最大2個の低電力コンパレータ
– 相互容量方式センシングをサポートするCapSenseブロック
・プログラム可能デジタルブロック
– 最大5個のタイマ/カウンタ/PWMブロック
– 最大2個のSCB(Serial Configuration Block)
・I/Oサブシステム
– 最大36のGPIO

PSoC 4には評価ボードとそのリファレンスデザインが提供されており、これらを活用し短期間で液面レベルセンシングのPOCを構築しました。短期間で構築したPOCから最終仕様に合わせ基板、ソフトウエアのカスタマイズ、筐体といった量産最終形態まで、当社開発センターの技術力とプロダクト専任FAEのサポートで当社ならではのご提案が可能です。

静電容量センサを使った液面レベルセンシングのPoC構成事例