| ◆ 組み込みMPU & CPU ( Embedded MPU & Micro Processor ) , DSP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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◆ 組み込み用LSIは技術の進歩により大容量フラッシュ・メモリ内蔵のマルチ・コアのデバイスが登場しております。組み込み用マイクロプロセッサ Micro Processor（MPU, 通称マイコン）やPC用CPUの種類も年々増えてきました。高性能な高機能なPowerPCやColFire, DSPなどは大幅な性能向上となっており、また低価格で小型化のHCS08, H8, PSoC, 78K0などは低消費電力であり、その応用法も変わるものと思われます。ここでは組込み製品や制御関係での応用できるMPUを取り挙げます。 ◆ 組み込み関係プロセッサも、マルチ・コアとマルチ・スレッドの時代 2010.05.28 組み込み関係のマイクロ・コントローラ（ MCU ）では、マルチ・コアやマルチ・スレッド・コアが製品化されています。制御関係では、某PC関係のような電力食いの高クロックの CPU を利用するメーカーはないであろう。低消費電力で低クロックのマルチ・コアが利用される。 ◆ 組み込み関係でのPowerPC、組み込み用Cell Processor ? '06.02.12 米国の自動車関係では、RISC系のPowerPCが全体の50%程度利用されているそうであり、CISC系では性能的に限界なのかもしれない。将来は低消費電力のCell プロセッサが発表されれば、クロック周波数1.6GHz程度でコア数9個から5個程度とすればかなり低消費電力となるから実現性はある。 ◆ 組み込み系のV850ESもフラッシュ版発表 '06.02.10 組み込み用のRISC系のフラッシュメモリ搭載のV850ES/20MHz ( 29MIPS )が発表された。組み込み関係では29MIPS性能があれば充分である。H8S/33MHzでは20MIPS程度であり、H8SX/50MHzではもっと高速な50MIPSである。V850Eでは100〜150MHzで100〜200MIPSと高速である。 ◆ 組み込み系のSH-2も160MHzの高速版発表 '06.02.08 組み込み関係での用途が多い、SH-2系のSH-2A のSH2-7211/160MHzが発表された。内部コアは新しくなっており、2命令同時実行スパースカラなど高速化のために改良されている。内蔵している周辺回路は豊富であり、バス・インターフェースやフラッシュ512KBytes, SRAM 32KBytes, Timer 5Ch., I2C 1Ch., シリアル4Ch.,12bits A/D 8Ch., D/A 2Ch.などと充分である。またSH-2A/200MHzは360MIPSと高性能である。 ◆ 超小型7 x 7mmサイズのコントローラPSoC '06.02.08 組み込み関係としては、スイッチドキャパシタ方式のアナログ回路をプログラミングできるPSoCが利用価値がある。プログラム可能なオペアンプ（OP-AMP）などを内蔵した珍しいMPUである。CY8C27243はCPUが8bits/24MHzであり、フラッシュメモリ16KBytes, SRAM 256Bytes, A/D, D/A, Timer, PWM, シリアルUART, I2C, SPI, EEPROMなどと豊富な周辺回路を実装可能であり、そのサイズは約7 x 7mm小型である。他にもDIP & SOPタイプのCY8C27443やフラッシュメモリ32KBytes, SRAM 2KBytesのCY8C29446などもある。 最近、米Xilinx社のPowerPCコア4個とFPGAをリングルチップとしたXC2VP125やALTERA社のARMコアとPLD搭載内蔵したチップ, 米Triscend社のARM（又は8051）コアとCSLを内蔵したA7 & E5のチップが発表されており、又開発中の日立のSH-2コアとCSoCのCSL（FPGA / CPLD ）内蔵のシングルチップ・マイコン（ SH-CSoC ）があり、技術の進歩には驚かされます、製品開発者も開発意欲が湧いてくるでしょう・・・。 '03.03.21 最近、FPGAやCPLDにソフトCPU（ Soft CPU ）を搭載できます、日本ではソフトマクロCPUと呼ばれていますが、このソフトCPU & IP Coreには、既に20種類程度のソフト・マイクロプロセッサが存在します、その種類はZ80, 8080, 68K, 8051, AVR, PIC, 5ステージ・パイプラインRISCなどがあります、 商用版には、ザイリンクス社の32bits CPU-MicroBlaze, 16bits CPU-PicoBlage, アルテラ社のNiosなどがあり、周辺回路も豊富に存在します。 ザイリンクス社のCPLD / XC2C256やアルテラ社のEP1C3T100の小型の18x18mmサイズ程度のFPGAでもソフトCPUが60MHz〜100MHz程度で稼動しますので、既存のマイコンよりも高い性能となるのです、ソフト周辺回路を搭載すれば独自のソフト・マイコンを開発できるでしょう・・・。 ◆ Single Chip MPU built in FPAA等の製品化を期待・・・ アナログ回路のプログラマブル・デバイスでは、米Lattice社のispPACと英Anadigm社のFPAA（Field Programmable Analog Array ）、他にもFIPSOC, TRACなどもありますが、MPU Built in FPAA等は存在しません、MPU Built in CPLD ( FPGA ) & FPAA等のチップが開発されれば製品開発者からすれば願ってもないことですが、それぞれCPLD ( FPGA ) とFPAAの開発メーカが別であるため不可能でしょう、しかし製品のさらなる小型化と低コスト化のためには必要なデバイスと思います・・・。 '03.3.21 ◆ 64bit RISC-CPUのSuperH-5（SH-5） シングルチップ64bit RISC CPUのSuperH-5（SH-5）が発表され、SIMD（Single-Instruction Multi Date）の通称ベクトル演算（ PentuimではSSE ）処理が可能なことです、その性能には驚かされました。'03.3.15 性能と搭載機能の概要
SIMD命令では１クロックサイクルで4回の16bit MAC命令を実行でき、１秒間に1.6億MAC命令（1.6GMACs）の実行, 単精度浮動小数点演算性能は2.4億FLOPS（2.4GFLOPS）の性能をたたき出します、消費電力はわずか600mW ( 0.6W ) です、某PC用のCPUとは桁違いに少ないです、オプションで浮動小数点ユニット（FPU）を搭載可能であり、このFPUは９段パイプライン構造となっています。 PC用CPU、及び組込みMPUの性能の比較をして見ました、意外な結果が分かりました、それは某Windows のPC用のCPUの性能を組込みMPUが追い越してしまったことです。
SH-5 / 400MHzがPentium-2 / 400MHzの性能に対し6倍と追い越しPentium-4 / 1.5GHz相当の性能です、PowerPC 970 (PPC 970) / 1.8GHzの性能は圧巻です、Pentium-2であれば 14GHzに相当する性能， Pentium-4であれば 7GHz相当の性能です。又現在のMac用PowerPC 7455 / 1.42GHzの性能でもPentium-4 / 5.5GHzの性能に相当し、尚且つDual PowerPC G4 / 1.42GHzであればPentuim-4 / 11GHzに相当します。 米IBM社は2003年2月末にPowerPC 970 が 2.5GHzに到達したことを発表しましたので、その性能は約20GFLOPSに達するでしょう、Pentium-4 / 2.8GHzの約4倍の性能となります、いずれMacやLinuxサーバやIBM社UNIXサーバに搭載されるでしょう・・・。 Motolora社の組込み用PowerPC G4 ( MPC-7457 ) は1GHzで7.5Wと言う低消費電力です、その性能もPentium-2 / 400MHzの性能に対し18.5倍は充分な性能であり、Pentium-4 / 2.8GHzに対しても1.3倍の性能です、MPC-7455が既に1.42GHzに達しているためMac用MPC-7457は1.5GHz〜1.8GHzとなるでしょう。'03.3.25 Itanium-2 / 1GHzはL2キャッシュ256Kbytes, L3キャッシュ3Mbytesがオンチップであるため、その消費電力も最大130Wと非常に大きいです、トランジスター数が2億2,100万個であるから当然です、Itanium-2を搭載したサーバが発売され始めましたが、8個のCPU構成でその消費電力は約2.6KWと大きいです・・・。 Pentiumのアーキテクチャは今ではもう古いCISCとRISCの共存と言う古典的なアーキテクチャで、且つ複雑なアーキテクチャであり、16bitのx86コードをエミュレーションすることが性能低下の原因なのでしょう・・・、パイプラインを増やしクロックアップしても性能の向上が期待したほど得られないと言うジレンマでしょうか、限界が見えています・・・。 CPUのダイサイズや消費電力を比較したページはこちらです、ダイサイズやトランジスタ数は消費電力に関係しそのCPUの性能を把握できます、又製造プロセス90nmのMPUチップもまもなく登場するが、そのMPUチップは制御関係の製品の組み込むことに疑問視されます、つまりノイズやサージに対し弱くなるデメリットが発生することです、以前にロシアの真空管コンピュータを搭載した戦闘機説がありました、電磁波対策との説でしたが、技術の進歩は危機管理に対し逆効果となることもありうるのです・・・。 次世代のマルチコアのCPUを米Intel社は開発を行っているようですが、果たしてどのようになるのでしょう、古典的なx86の16bitコードをエミュレートすると言う相変わらずの進歩していないCPUとなるのでしょうか・・・。 SH-4やSH-３DSPでもPentium-2の性能を大きく凌駕しています、又米ザイリンクス社のシングル・チップVirtex-2のDSP性能は凄いです、6,000億MACs（6TMACs）とPentium-2 / 400MHzに対し約350倍の性能です、クロックアップによる某PC用CPUの限界が歴然としています。
最近、CPU単体のベンチマークテストを行う傾向にあります、特にx86系のPentium関係ではSPECcpu2000のベンチマークテストを利用するようであるが、分岐命令が少ない整数演算や浮動小数点演算主体のベンチマークテストのプログラム自体がCPUのクロックと同速度の二次キャッシュメモリに格納できてしまうため、又高段数のパイプラインが最高の状態で動作するため当然CPUが高クロックであれば良い数値がでるのは当たり前です、しかし、一般のアプリケーションプログラムのサイズは数ＭＢ以上と言うのは一般的であり、小さい512Kバイト二次キャッシュメモリに格納されることはあり得ず低速なRAMのメモリに格納され、且つRAMと二次キャッシュメモリとのデータ転送が頻繁に発生したり、予測分岐処理が外れたりベンチマークテストのような良い結果はでず極端に低い値となるのです、或いはベクトル演算に最適化していないようなベンチマークテストは意味がなく、つまりSPECcpu2000のようなベンチマークテストは当てにならず、一般的にアプリケーション・ソフトを利用してベンチマークテストを行う事がベターなのです。 '03.3.25 TclTkでのベンチマークテストはこちらのページ。 ◆ 組み込みMPU関係 SH-5等のMPUを制御関係に利用すれば、画像処理などでも十分応用可能であり、又低クロックのCISCタイプのMPUを多数個使用し分散処理させていた制御関係でもMPUの数を減らすことが可能でありコスト低減に大きく貢献するでしょう・・・。 携帯電話は米TI社のOMAP1510やOMAP5910（ARM925コアとTMS320C55x DSPのマルチコア）をツインCPUとする方式（4個のマルチCPU・コアとほぼ同じことになります）が一般的となりつつあります、又米Palm社もOMAP1510を採用しています、一個の高クロックCPUを使用し消費電力が大きくなるよりも低消費電力CPUを２個使用し分散処理させたほうが得策なことは歴然としています。 RAMやI/OデバイスLSIも高クロックとすれば消費電力が増します、つまり高クロックとし性能を上げたいのはCPUメーカであり、製品を開発する側からすれば高クロックを望んでいる訳ではなく、低クロックで高性能なCPUを期待しているのです、一部のCPUメーカのエゴ的な発想に振り回せられていては大変です、制御関係や家電製品も低クロックで高性能なマルチCPUコアの時代がそこまで来ているように思えます・・・。 SH-3のSH7705は133MHz, 消費電力がわずか200mW, フラッシュメモリ I/F, SDRAM-I/F, SRAM-I/F, USB-I/F, A/D Converters x 4ch. , Timer-4 ch. , SCI x2ch-I/F, IrDA-I/F, DMAx4ch. , ・・・等を実装しており、CSP-208ピン12x12mm超小型パッケージです。 SH-3のHJ931は超小型マイコンチップ・LFBGA 240ピン超小型パッケージ13x13mmにCPU(SH7705), F. ROM, SRAMを３段に積み重ねたスタック構造で、SH7705, フラッシュメモリ 2Mbyte, 8Mbyte SDRAM, USB-I/F, A/D Converters, Timer-4 ch. , SCI I/F・・・等を実装しており、RTLinux等のリアルタイムOSをフラッシュメモリ 2Mbyteに書き込める可能性もあり、13x13mmのチップでOSと実行コードをWriteできてしまうため超小型の製品を開発できそうであり面白そうです。MPUチップ内部にメモリF.ROM, SRAM合計16Mbyte実装したマイコンは世界でも始めての製品かもしれません。 '03.3.15 SH-Mobile ( SH-3 + DSP / 133MHz ) は携帯電話に搭載されておりARM関係のOMAPよりもJavaの実行がかなり高速であるため、採用するメーカも増えているようです、Intel社のPXA-210, 250はDSPが内蔵していないため殆ど携帯電話には採用されていません。 '03.07.26 SH7058FはSH-2コア80MHz / 104MIPSの性能であり, フラッシュメモリ 1Mbyte, SRAM 48kbyte, Timerも本格的で多く、他32ch.-A/D 変換やSCIx5ch. ,CAN-2ch. ・・・等のSH-2ならではの周辺回路が内蔵されています、Linuxのカーネルが800kbyte程度であればLinuxを搭載できます、uCLinuxのカーネルのサイズが約650Kbyte程度ですので、Linuxシングルチップ・マイコンも夢ではなく実現可能となりました。 日立製のSuperH(SH-1,SH-2,SH-3,SH-4, SH-5) シリーズがラインナップされており、特にSH-2シリーズのワンチップCPUは利用価値があります、フラッシュROMやA/D & D/A Converters、更に多機能なタイマー・ユニットを内臓しており、色々な分野で応用できそうです、SHシリーズは国内でも開発者に人気があるため、そのCPU Boardも多く発売されていますので、組み込み装置に応用できます。'01/6/7 日立製のBroadGear VLIW / SIMDは、370MHzの低クロックで55億OPS ( GOPS )の性能のDSPチップが発表されました、組み込み製品関係に応用できそうです・・・。'03.07.07
最近のワンチップMPUの性能は、PC用CPUと比較してもCPUクロックが低い点を除けば同等かそれ以上です、SHシリーズは5段PipelineやSuperScalar機能を拡張しており、SH-2 7065F / 60MHZは78MIPSの性能をたたき出します、Intel社パイプラインを装備していた80486 / 25MHZは15MIPS程度の性能ですから組み込み用CPUとしては十分な性能であると言えます。'01/6/7 ◆ H8 & H8s, 他のマイコン 7 x 7mm超小型のH8や3 x 3mm超小型のC8051-F300が存在します、7 x 7mm超小型のH8はH8 / 3694F, H8/36014F, H8/36012F, H8/3670F, H8/3672F等があり、10 x 10mm超小型のH8は多数ありH8 / 3687F はFlash-ROM / 56kbyte, SRAM / 4kbyte, A/D x 8Ch., SCI x2Ch., I2C I/F, LQFP-64等、メモリは超小型マイコンとして充分に余裕があります。 C8051やPIC, AVRマイコンはフラッシュROMとSRAMの容量が小さく、H8 / 3694のほうがメモリ容量がFlash ROM 32kbyte, SRAM 2kbyteと大きいためC言語でのコーディングが容易です、或いはH8 / 36057F, 36037F等はCANを内蔵している為250kbps, 500kbpsの高速なネットワークが可能であり、又CAN内蔵のSH-4, SH-2やH8S, H8, 他富士通や三菱製のマイコンが多く製品として販売されており自動車やFA関係, ロボット等への応用が可能です・・・。'03.3.21 Motolora社のMPC 5500はPowerPC Core 300MHz, Flash-ROM / 4Mbyte, SRAM / 128kbyte, MMU-I/F, DSP(SIMD), CAN x 2Ch., Timer-Unit, SCI / SPI, ・・・他と大容量メモリであり、Flash-ROMにLinuxのカーネルやRealTime OSを実装できるので、Single Chip MPU Built in Linux等の製品を開発できるでしょう。 米国では、M.COREのCPU Boardが若干発売されていますが、国内では殆ど見かけません、M.COREのMMC2107/CPUは低消費電力で、フラッシュROMやA/D Convertersを内臓するなど多機能であり、是非ともボード・メーカに開発して戴きたいものです。'01/6/7 PowerPC関係のページはこちらです。 ◆ 近年、組み込み用ワンチップCPUの技術の進歩は目覚ましいものがあります、特にPC用以外のCPUは周辺回路を内臓し、且つ大容量のフラッシュROMやA/D & D/A Converters、更に多機能なタイマー・ユニットを内臓するなど利用する分野も自動車に限らずFA関係のモータなどの制御にも利用できる高性能・高機能なワンチップCPUが増えてきました。'01/6/7 ◆ 理解し易いCPUの基礎的なページ。或いはマイコンを理解するページを参照。 78K0関係入門と工作実例集や回路、サンプルなどの情報ページ http://www.k0hobby.jp/ コンピュータと制御関係のページ 制御関係Computerページ 弊社の製品 弊社の低価格なボード・ソフト製品一覧 ◆ このページに情報を掲示されたい方はどうぞお気軽にご連絡下さい、無料で掲示致します。又ご希望があれば御社、貴殿のページへリンク致します。 このページへはご自由にリンクして下さい、その際Ｅメールでご感想などをご連絡戴ければと思います。 |
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