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RL78 Web シミュレータによる電力効率の改善

エネルギー消費コストの増加、政府規制(EUの電力指令など)、プロセッサの電力消費管理の必要性に伴い、電子業界全体でエネルギー消費削減のための新たな技術革新が求められています。
特に、ウェアラブルやIoT機器などは消費電力を最小化する必要があり、エネルギー効率は最優先事項となっています。

消費者は、バッテリ寿命を延ばすことへの強い要求とともに、より小型で安価なバッテリを使った、低コストで小型の製品を求めています。この傾向は特定のアプリケーションだけではなく、マイコンと組込みシステムの市場全体に対するニーズです。

したがって、組込みシステムを設計しているエンジニアは、厳しい消費電力要件を満たせるエネルギー効率の良いソフトウェア開発に直面しています。これは、アプリケーションを実行するマイコンの選択が低消費電力の達成に必要不可欠であることを意味します。一方では、消費電力の大きいタイミングを特定し電力効率を高めるためにコードを最適化するなど、マイコンの消費電力を正確に測定するためのツールを入手する必要があります。

低消費電力化への期待は、組込みシステムを設計するエンジニアに多大なプレッシャーを与えています。そういった組込みソフトウェア開発に関連する課題のいくつかを以下に挙げます。

  • 複雑化する組込みソフトウェアアプリケーションの消費電力は、「電流計」を使って測定するだけでは十分ではない :
    • 低電力モードとアクティブモードが頻繁に変わるような組込みアプリケーションでは正確な消費電力測定は難しい。
    • エナジー・ハーベスト機器では、標準の電力測定ツールを使うことは実用的ではない。
  • 豊富な経験、専門知識、ノウハウが必要とされる例 :
    • 開発者にとって、どういったツールがあり、ハードウェアとソフトウェアプラットフォームの要件が何であるかを理解することが重要
    • 組込みソフトウェア開発では、ソフトウェア消費電力デバッグに対処するために、ハードウェアとソフトウェアの共同設計の専門知識が必要
    • ミスをなくすためには、開発の最終段階ではなく、初期段階から消費電力を評価し、検討を行う必要がある
    • ソフトウェアは、ハードウェア上で最適化されて実行する必要がある

ルネサスは、低消費電力に貢献できるノウハウを持っており、エンジニアは開発時間の短縮、バッテリ寿命の延長、低コスト化を図ることができます。

これまで述べてきたようなエネルギー効率に関わる基本課題の解決にあたり、ルネサスでは、「RL78 Webシミュレータ」と呼ばれるWebベースの開発ツールを提供しています。本ツールは消費電流計算ツール消費電流シミュレータからなり、これらによって組込みソリューション設計を行うエンジニアは、RL78マイコンの省電力機能を活用しながら、計画通りに組込みシステム設計の電力要件を満たすことができます。

 

低消費電力用途に適したMCUの選択が不可欠

ウェアラブルやIoTが増加傾向にある中で、低消費電力をうたい文句とした、さまざまな半導体ベンダーのマイコンファミリが登場してきました。数多くの選択肢が登場することとなり、エンジニアにとっては、かえってマイコンの選択が困難となっています。 しかも、組込み低消費電力システムに使用されるマイコンを正しく選択するには、電力管理の理解が重要となります。

すなわち、マイコンには高度な省電力機能が組込まれており、ユーザはさまざまなスリープモードを利用して個々のアプリケーションのニーズにあわせて電力を節約できます。 また、マイコンのRUN時間を最小限に抑えることによって、最小電力を可能にすることができます。

ルネサスが業界をリードする16ビットマイコンのRL78ファミリは、これらのニーズに応えるように設計されており、特にスリープモードでの不必要な電力消費を無くして最適な方法で開発者を支援します。 さらに、RL78ファミリは、開発者およびメーカが低消費電力アプリケーションでRUNモードの動作時間を短縮するように設計されたスマートペリフェラルを内蔵しています。下の図1は、RL78マイコンのさまざまな動作モードを示しています。

図1:RL78マイコンのさまざまな動作モード

RL78 マイコンは、スマートなCPU管理によってシステムのエネルギーを削減でき、大部分の時間をスリープモードで費やすようなバッテリ駆動のアプリケーションに最適です。

シミュレーションツールによって低電力なアプリケーションの要求にあった差別化を実現:

競争の激化、短いイノベーションサイクル、アプリケーションの省電力化の必要性に直面して、エンジニアは以下のような開発ツールを求めています。

  • 最適なMCUの選定をサポート
  • 低消費電力な組込みソフトウェア開発の課題を解決
  • 重大な設計要因をクリアし、Time to Marketを実現

エンジニアにとって、適切な開発ツールを持つことが、組込みシステムの消費電力削減に大きな役割を果たすことに間違いないでしょう。

エナジー・ハーベスト機器は、正確な電力予測と最適化が急務です。 消費電力量を正確に測定し、さまざまな条件で最適化するため、エコでよりスマートなエナジー・ハーベスト機器を飛躍的に増加させる可能性があります。

組込みシステムを設計するソフトウェアとハードウェアのエンジニアは、従来の方法でアプリケーションの消費電力を見積もったり、MCUのドキュメントによって混乱をきたしたり、 不注意による電力見積もりの計算ミスを招いたり、直感に頼ったりすることさえありました。ルネサスが提供するツールがあれば、もうそのような苦しいプロセスを経る必要は無くなります。 下の図2は、左側に消費電流を表計算ソフトで見積もる旧式(手動入力)と、右側にルネサスのツールで見積もる最新式を示しています。

図 2: 消費電流を表計算ソフトで見積もるか? 専用ツールを使うか?

RL78 Webシミュレータのツールである消費電流計算ツール消費電流シミュレータは、エンジニアがさまざまな改善効果やMCUとアプリケーションのアクティビティ・プロファイルの拡張機能を理解できるようにするだけでなく、エネルギー需要に基づく目標達成を支援しながら開発とデバッグの作業をサポートする消費電流測定ツールです。これらのツールは無料で入手でき、下の図3に示すRenesas Engineer School - シミュレータ徹底活用(1)消費電流シミュレータ 「RL78マイコン編」ページから確認することができます。

図 3: Renesas Engineer School - シミュレータ徹底活用(1)消費電流シミュレータ 「RL78マイコン編」

基本的に、ルネサスRL78 Webシミュレータは、省電力アプリケーションの開発の序盤で、エンジニアがご使用いただくことを想定しています。開発ツールを購入することなく、RL78 MCUの消費電流をシミュレーションすることができます。 ハードウェア・マニュアルで詳細な特性を確認したり、動作を実行するためのプログラムコードを書く必要はありません。コア、周辺機器、アプリケーション全体を動作させて消費電力を正確に測定するのではなく、想定より消費電力が超過している期間を特定することができ、ルネサスRL78 MCUのパフォーマンスを引き出すことができます。電力効率の向上のため組込みソフトウェアを扱うあなたの業務をより効率化できると確信しています 。

エンジニアは、今すぐRL78 Webシミュレータを使用して、ハードウェアおよびソフトウェア開発時のエネルギー消費量を把握することができます。

ツールを起動し、MCUの動作条件を設定するだけで準備が整います。(「My Renesas」へのログインが必要です。 「MyRenesas」未登録の方は、My Renesasへのご登録がまだの方はこちらから登録してください。)すべての設定が完了したら、「消費電流計算」ボタンを押すだけで、シミュレータが周辺機器を含むCPUの消費電流を計算します。

下の図4は、各周辺機器が消費するエネルギーの量を示す消費電力計算ツールのスクリーンショットを示しています。

図 4: 消費電流計算ツールのスクリーンショット

競合メーカの開発ツールには、コードのアクセスを解析して、消費電流を算出するためのパワープロファイラは含まれていないことがよくあります。 ここがまさにRL78 Webシミュレータが競合メーカより際立っているポイントです。

結論として、RL78 Webシミュレータの利点は、インテリジェントなエディタ、デバッガ、コンパイラ、プロジェクト例、パワープロファイリングツールを兼ね備えたIDEによって、オール・イン・ワンですべての体験をもたらすことができる点にあるといえるでしょう。

 

Website and Support

Renesas Engineer School -シミュレータ徹底活用(1)消費電流シミュレータ 「RL78マイコン編」

RL78 Webシミュレータ

低消費電力マイコン RL78 ファミリ

Renesas Website

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30 May 2017, 14:46