Success STORIES Success STORIES アトメルジャパン合同会社 アトメルジャパン合同会社 ウェアラブル端末・IoT端末へ朗報。 Cortex®-M4F 搭載超低消費電力センサー・ハブ 「SAM Gシリーズ」 デビュー。 ジャイロ・センサー DISPLAY 静電スイッチなど 地磁気センサー Slider 「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 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。 Button(s) 加速度センサー Wheel Track Pad 0 10 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。 SAM G 0 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」 ディスプレイ その他センサー ZigBeeなどの インタフェース ? 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 図 1：センサー・ハブのシステム構成例（ウェアラブル端末や IoT 端末の例）。 アトメルジャパン合同会社 そこで温度センサーの測定結果を利用して温度 「SAM D ファミリ」を 2013 年 6 月にリリースし 補正を行う必要がある。このように、「写真撮 ている。2014 年 1 月には、その上位に位置づけ 影」というスマホの基本機能一つとっても、多 られる「SAM G ファミリ」の出荷を開始した。 どへのクロックを停止し、フラッシュも低消費 フェラル・イベント・システムは、周辺回路同 くのセンサー素子が協調動作している。 このファミリは FPU（浮動小数点演算回路）を内 電力モードに設定しておく。 士の間のデータ転送を管理する。 WAIT モードにおける消費電流は 7μA。また、 フィールドアプリケーションエンジニアリンググループ シニアフィールドアプリケーションエンジニア 工学博士 ガン ワン 氏 を搭載している。例えば、スマートフォンのカ バッテリ駆動のモバイル機器の場合、低消費 メラ・アプリを考えてみよう。まず、UI（ ユー 電力化が不可欠であり、センサー素子の稼動・ と合わせて、高速・高精度演算を実現している。 3μs という短い時間で休止状態から動作状態へ CPU を 休 止 状 態 か ら 動 作 状 態 へ 移 行 さ せ る これらの技術の多くは、同社の他のマイコン・ ザー・インタフェース）操作にタッチ・センサー 停止をきめ細かく制御しなければならない。メ 今回の SAM G を搭載するセンサー・ハブの 移行する。Wake-up に要する時間が短ければ短 SleepWalking™ と呼ぶ機能を備える。従来の方 ファミリにも採用されており、こうしたマイ を使用する。環境光センサーの測定結果を利用 インの CPU（アプリケーション・プロセッサ） システムとして、同社では二通りの構成を想定 いほど、ぎりぎりまで休止状態を維持でき、全 法では、内部タイマーが定期的に CPU を起動 コン向けの低消費電力技術を、同社では包括的 してカメラの感度や絞りを調節する。ジャイロ・ を使って多数のセンサーを制御できないわけで している。一つ目は、SAM G がジャイロ・セン 体の消費電力を減らせるという。なお、動作時 し、対応が必要な条件があるかどうかをチェッ に picoPower® 技術と呼んでいる（図 2）。 センサーはカメラの手ぶれ補正に利用されるか はないが、こうした CPU は高機能・高性能な反 サーや電子コンパスなどを制御してデータを取 の消費電流は 100μA/MHz 程度。 クしていたため、CPU と SRAM はかなりの電力 もしれない。加えて、アナログ素子であるセン 面、消費電力が大きい。そこで最近は、メイン 得し、その情報をホストとなる CPU へ転送する サーの多くは環境温度によって特性が変化する。 CPU とは別に、「センサー・ハブ」と呼ぶコプ 構成である。これはモバイル機器などでよく見 18 チャネルの DMA コントローラと、周辺回路 合には、CPU が休止状態に戻ることさえできな ロセッサ（サブ CPU）を導入している。例えば られる構成だ。二つ目は、SAM G を使って各種 を制御するペリフェラル・イベント・システム かった。SleepWalking では CPU を深い眠りに Apple 社 の「iPhone 5S」は、 メ イ ン の A7 プ ロ センサー素子からデータを取得し、併せてディ 機能を装備している。DMA コントローラを利用 つかせ、事前に認められたイベントが発生した Atmel は、SAM G を搭載したボードとライブ セッサとは別に、加速度センサー、ジャイロ・ スプレイや UI 操作の制御、および ZigBee など すると、CPU を介入させずに、シリアル・イン ときにのみ起動する。CPU は、特定の条件があ ラリを含む評価キット「Xplained Pro Evaluation センサー、電子コンパスなどの制御を担う M7 の通信モジュールとのインタフェース処理も行 タフェースや A-D コンバータなどの周辺回路と るかどうかをチェックする必要はない。例え Kit」を 29 ドルで提供している。このボードは、 プロセッサを搭載している。 わせる構成である。ウェアラブル端末や IoT 端 内蔵メモリの間でデータを受け渡せる。ペリ ば、あるアドレスが TWI（I C）インタフェース 無線モジュールやセンサー・モジュールなどを での条件と一致する、あ 接続するコネクタを備えている。同社はセン るいは特定のしきい値を サー素子メーカーやセンサー向けソフトウェア 超えた A-D コンバータに のベンダーと提携関係を結んでおり、各種セン センサーが接続されてい サー・モジュールやソフトウェアはこれらの またセンサー・ハブの搭載は、スマホやタブ 蔵する「Cortex-M4F」コアを搭載し、DSP 機能 にとどまらない。 「ヘルスケア端末やウェアラブ げるためのさまざまな工夫を SAM G に盛り込ん ル端末、IoT 端末などにも利用される」 （上大迫氏） 。 で い る。 ま ず、DSP と FPU を 搭 載 す る こ と で、 消費電力 Atmel は、システム全体の消費電力を引き下 CPU の休止期間を延長 ビジネスデベロップメント部 東日本グループ キーアカウントマネージャー 上大迫 善晃 氏 ARM PARTNERS SUCCESS 2 分、消費電力を低く抑えられる。 Atmel は、 セ ン サ ー・ ハ ブ 市 場 向 け マ イ Retention）を用意した。内蔵 SRAM の状態を保 コン製品として、Cortex-M0+ コアを搭載した 持しつつ、CPU コア、メモリ、ペリフェラルな 100μA/MHz ：従来のマイコンの消費電力 ：コア選択・プロセス向上による消費電力 ：picoPower技術を用いた消費電力 - FPU 搭載 Cortex-M4F - フラッシュおよびシステムの性能向上 - 低消費電力ペリフェラル きるようにした。コード効率が上がると、その 低 消 費 電 力 モ ー ド に は WAIT モ ー ド（SRAM アトメルジャパン合同会社 を消費していた。また、応答時間が短すぎる場 末などがこの構成である（図 1）。 レット、ノート･パソコンなどモバイル機器だけ 高度な電力管理機能で 加 え て、 特 定 の 条 件 が 成 立 し た と き に さらに、CPU の休止期間を延ばせるように、 積和演算や乗算、高精度演算を効率的に実行で 28 Touch Screen 3μs Wake-up 29 ドルで評価できる 開発プラットフォームを提供 る、などの条件で起動す ベンダーから提供される。さらに同社は、統合 - ペリフェラル・イベント・システム - SleepWalking - DMA - 効率的な電源管理 る。SleepWalking 機能が 開発環境「Atmel Studio 6」も無償提供している。 あれば、周辺回路がこれ 「SAM G ファミリは、真の “ ローパワー ” を実現 7 µA：WAIT モード らのすべてを行い、CPU していると自負している。安価に評価できる環 と SRAM は、条件が一致 境を用意しているので、実際に触れて評価して しない限り起動しない。 欲しい」 （ガン氏） 。 時間 図 2：picoPower ® 技術による消費電力削減のイメージ。 ARM PARTNERS SUCCESS 29
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