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TI、Industry 4.0やTSNを意識した高性能MCUを開発

Texas Instrumentsは、これからの10Gbps EtherCATをはじめとする産業用高速ネットワーク向けの通信プロトコルやリアルタイム制御、モータの精密制御、装置間の同期をとりレイテンシの少ない応用に向けた高性能マイコン「Sitara AM243xシリーズ」を開発した(図1)。Industry 4.0やTSN、ローカル5Gなどこれからの工業用装置間でのデータ処理を狙う。

最初のデバイス・ファミリ: Sitara AM243xマイコン

図1 TIの開発した工業用マイコンSitara AM243xファミリ 出典:Texas Instruments


TIのこの製品シリーズは、リアルタイム制御CPUコアのArm Cortex-R5Fを最大4コア集積しており、リアルタイム制御を受け持つほか、装置間通信の工業用規格EtherCATやPROFINET、EtherNET/IP、PROFIBUS、SERCOSなど、さまざまな工業用通信プロトコル規格に対応したネットワーク処理専用のアクセラエータを集積している。加えて、ΔΣ方式のディシメ―ション(サンプリング周波数の間引きなど)フィルタを9個、モータ回転子の絶対角度の位置を測定するアブソリュートエンコーダーのインターフェイス3個などのアクセラレータも集積している。マイコンコア最大4個による演算性能は6000 DMIPSと高い。いわば、センサからアクチュエータまでの制御をこのチップが一手に引き受ける。

一見すると演算性能が高いことをウリにしているためSoCではないかと思われがちだが、「SoCはもっと汎用的で、MCUと違って顧客がArm Cortex-R5Fコアにコードを書くことができる」と同社Sitaraマイコンビジネス部門のジェネラルマネージャーであるMike Pienovi氏(図2)は述べている。実は演算用のアクセラレータを集積しているだけで、制御命令を中心にしており、演算命令を豊富に組み込んでいる訳ではない。


図2 TI社Sitaraマイコンビジネス部門のジェネラルマネージャーであるMike Pienovi氏 出典:Texas Instruments

図2 TI社Sitaraマイコンビジネス部門のジェネラルマネージャーであるMike Pienovi氏 出典:Texas Instruments


このためCPUコアには、Arm Cortex-R5Fというリアルタイム制御用のコアを用いており、そのクロック速度は最大800MHzである。製品の種類によってコアの数を変えている。AM2431はシングルコア、AM2432はデュアルコア、AM2434はクワッドアコアである。全てソフトウエアの互換性がある。SoCと違って消費電力が小さく、アクティブ電力が1W未満だとしている。消費電力が少なく価格が安い点でマイコンといえそうだ。

従来の工業用マイコンでは数100 DMIPSだったが、この新製品は6,000 DMIPSと10倍高い。エッジでリアルタイム制御が必要なためであり、モータ制御を工業用ギガビットEthernetでTSN(Time Sensitive Network)制御できるように高性能化した。TSNはリアルタイムで同期のとれる規格であり、工場内のさまざまなモータ同士の同期をとって、リアルタイムで制御できるようにしている。このため、専用設計の周辺回路やアクセラレータに加え、ギガビットEthernetインターフェイス回路を集積した。Industry 4.0やそれを使ったローカル5G工場などでの応用を考慮に入れている。


AM243x

図3 AM243xファミリのブロック図 出典:Texas Instruments


リアルタイム制御の能力に加え、通信性能も上げている。新製品では、デュアルポートのギガビットEthernet with 1588 & TSNという専用の高速インターフェイスや低レイテンシの高速シリアルインターフェイスも集積した。もちろん、汎用のSPIやGPIO、UARTなど、マイコンに備えられている汎用インターフェイスも揃えている。

CPUコア側でも、最大2Mバイトの供給メモリRAMをECC(誤り訂正回路)付きで集積し、CPUのアクセススピードを上げた。またセキュリティ回路では、AESや3DS、SHAなどの暗号化技術を搭載している。


AM243xマイコンを活用

図4 マイコンを活用するためのハードウエア、ソフトウエア開発ツールも提供 出典:Texas Instruments


開発を容易にするため、Sitara AM243x LaunchPad開発キットを89ドルで供給している。さらにアプリケーションごとのリファレンスサンプルも用意している。マイコン+Academyトレーニング用のウェブサイトを利用して、マイコンAM243xでリアルタイム制御と各種ネットワーク機能をすぐに使うことができる。

(2021/07/13)

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