「SAM（Smart Arm-based Microcontrollers）」というブランドを冠したArmコア搭載製品を展開しているAtmelは、最近、相次いでセンサー・ハブやIoT（Internet of Things）に向けた新ファミリを市場へ投入している。2014年1月に発売した「SAM Gファミリ」は、さまざまな低消費電力化の技術を盛り込みつつ、CPUコアに「Cortex-M4F」を採用することで高速・高精度演算にも対応する。ここではスマートフォンなどに採用されているセンサー・ハブ技術の概要とSAM Gファミリの特徴を紹介する。
ビッグデータ時代を支える「センサー・ハブ」
現在のモバイル機器は、多くのセンサー素子を搭載している。例えば、スマートフォンのカメラ・アプリを考えてみよう。まず、UI（ユーザー・インタフェース）操作にタッチ・センサーを使用する。環境光センサーの測定結果を利用してカメラの感度や絞りを調節する。ジャイロ・センサーはカメラの手ぶれ補正に利用されるかもしれない。加えて、アナログ素子であるセンサーの多くは環境温度によって特性が変化する。そこで温度センサーの測定結果を利用して温度補正を行う必要がある。このように、「写真撮影」というスマホの基本機能一つとっても、多くのセンサー素子が協調動作している。
バッテリ駆動のモバイル機器の場合、低消費電力化が不可欠であり、センサー素子の稼動・停止をきめ細かく制御しなければならない。メインのCPU（アプリケーション・プロセッサ）を使って多数のセンサーを制御できないわけではないが、こうしたCPUは高機能・高性能な反面、消費電力が大きい。そこで最近は、メインCPUとは別に、「センサー・ハブ」と呼ぶコプロセッサ（サブCPU）を導入している。例えばApple社の「iPhone 5S」は、メインのA7プロセッサとは別に、加速度センサー、ジャイロ・センサー、電子コンパスなどの制御を担うM7プロセッサを搭載している。
またセンサー・ハブの搭載は、スマホやタブレット、ノート･パソコンなどモバイル機器だけにとどまらない。「ヘルスケア端末やウェアラブル端末、IoT端末などにも利用される」（上大迫氏）。
高度な電力管理機能でCPUの休止期間を延長
Atmelは、センサー・ハブ市場向けマイコン製品として、Cortex-M0+コアを搭載した「SAM Dファミリ」を2013年6月にリリースしている。2014年1月には、その上位に位置づけられる「SAM Gファミリ」の出荷を開始した。このファミリはFPU（浮動小数点演算回路）を内蔵する「Cortex-M4F」コアを搭載し、DSP機能と合わせて、高速・高精度演算を実現している。
今回のSAM Gを搭載するセンサー・ハブのシステムとして、同社では二通りの構成を想定している。一つ目は、SAM Gがジャイロ・センサーや電子コンパスなどを制御してデータを取得し、その情報をホストとなるCPUへ転送する構成である。これはモバイル機器などでよく見られる構成だ。二つ目は、SAM Gを使って各種センサー素子からデータを取得し、併せてディスプレイやUI操作の制御、およびZigBeeなどの通信モジュールとのインタフェース処理も行わせる構成である。ウェアラブル端末やIoT端末などがこの構成である。
Atmelは、システム全体の消費電力を引き下げるためのさまざまな工夫をSAM Gに盛り込んでいる。まず、DSPとFPUを搭載することで、積和演算や乗算、高精度演算を効率的に実行できるようにした。コード効率が上がると、その分、消費電力を低く抑えられる。
低消費電力モードにはWAITモード（SRAM Retention）を用意した。内蔵SRAMの状態を保持しつつ、CPUコア、メモリ、ペリフェラルなどへのクロックを停止し、フラッシュも低消費電力モードに設定しておく。
WAITモードにおける消費電流は7μA。また、3μsという短い時間で休止状態から動作状態へ移行する。Wake-upに要する時間が短ければ短いほど、ぎりぎりまで休止状態を維持でき、全体の消費電力を減らせるという。なお、動作時の消費電流は100μA/MHz程度。
さらに、CPUの休止期間を延ばせるように、18チャネルのDMAコントローラと、周辺回路を制御するペリフェラル・イベント・システム機能を装備している。DMAコントローラを利用すると、CPUを介入させずに、シリアル・インタフェースやA-Dコンバータなどの周辺回路と内蔵メモリの間でデータを受け渡せる。ペリフェラル・イベント・システムは、周辺回路同士の間のデータ転送を管理する。
加えて、特定の条件が成立したときにCPUを休止状態から動作状態へ移行させるSleepWalkingと呼ぶ機能を備える。従来の方法では、内部タイマーが定期的にCPUを起動し、対応が必要な条件があるかどうかをチェックしていたため、CPUとSRAMはかなりの電力を消費していた。また、応答時間が短すぎる場合には、CPUが休止状態に戻ることさえできなかった。SleepWalkingではCPUを深い眠りにつかせ、事前に認められたイベントが発生したときにのみ起動する。CPUは、特定の条件があるかどうかをチェックする必要はない。例えば、あるアドレスがTWI（I2C）インタフェースでの条件と一致する、あるいは特定のしきい値を超えたA-Dコンバータにセンサーが接続されている、などの条件で起動する。SleepWalking機能があれば、周辺回路がこれらのすべてを行い、CPUとSRAMは、条件が一致しない限り起動しない。
これらの技術の多くは、同社の他のマイコン・ファミリにも採用されており、こうしたマイコン向けの低消費電力技術を、同社では包括的にpicoPower技術と呼んでいる。
29ドルで評価できる開発プラットフォームを提供
Atmelは、SAM Gを搭載したボードとライブラリを含む評価キット「Xplained Pro Evaluation Kit」を29ドルで提供している。このボードは、無線モジュールやセンサー・モジュールなどを接続するコネクタを備えている。同社はセンサー素子メーカーやセンサー向けソフトウェアのベンダーと提携関係を結んでおり、各種センサー・モジュールやソフトウェアはこれらのベンダーから提供される。さらに同社は、統合開発環境「Atmel Studio 6」も無償提供している。「SAM Gファミリは、真の“ローパワー”を実現していると自負している。安価に評価できる環境を用意しているので、実際に触れて評価して欲しい」（ガン氏）。
こちらも是非
“もっと見る” インタビュー
「あるくメカトロウィーゴ」に命を吹き込む、 STM32マイコンと使いやすく充実したエコシステム
リビングロボットが開発した「あるくメカトロウィーゴ」は、ロボット・キャラクターとしての造形の可愛さに加え、ロボットの動作をプログラミングできる手軽さもあり、さまざまな教育現場で活用されている。その動きの制御を担っているのが、STマイクロエレクトロニクス（以下ST）の32ビット汎用マイコンSTM32とセンサーデバイスだ。今回は採用に至った経緯や実際の開発についてお話を伺った。
垂直立ち上げを狙うルネサスのArmマイコン事業、買収企業のアナログ系半導体で脇を固める。
ルネサス エレクトロニクスは、Armアーキテクチャを採用した32ビットマイクロコントローラ「RAファミリ」の量産出荷を昨年（2021年）から始めた。顧客の反応はよく、2022年内には累積出荷が1億個を超えるもよう。製品の立ち上げにあたっては、日本、欧州、米国の企画スタッフを1カ所に集めるなど、総力戦の体制で臨む。同社が買収した欧米の半導体メーカの企業文化を吸収・融合したことで、スピード感のある事業展開を実現できた。今後は、AI（機械学習）や無線通信の機能を搭載したり、スマートメータやディスプレイ表示制御の応用に対応した品種を用意したりする。ここではRAマイコン事業を統括する伊藤 栄 氏に、RAマイコンの製品化の現状と今後の展開を聞いた。
不可能だった不良検査を、外観検査用エッジAIシステムで解決。
組込み向けソフトウェアの受託開発を手掛けるDTSインサイトが、某検査機器メーカーに外観検査の実証実験用システムを納入した。既存の画像処理システムでは認識ができないケースを、エッジAIだけで解決。システム導入費を抑えながらも、高度な不良検出を実現している。