フリースケール・セミコンダクタ・ジャパン株式会社 ｜ SUCCESS STORIES 集合写真（左より） 株式会社ズーム 取締役 ヴァイスプレジデント プロダクトデベロップメント 河野 達哉 氏 ※インタビューのみ参加 音響機器メーカーのZOOMは、オーディオ信号のA/D、D/A変換や音響効果をもたらすオーディ オ・インタフェース機器にフリースケール・セミコンダクタの「i.MX 6Solo」を搭載した。高度なオー ディオ信号処理の実装にはDSPやFPGAを使うことが多いが、同社は汎用のARM® Cortex®-A9プ ロセッサを採用した。i.MX 6SoloはPCI Express回路を備えており、今回の機器はこれを使って ThunderboltとUSB 3の高速伝送を実現している。本プロセッサがPCI Expressのルート・コンプ レックスとしても、エンドポイントとしても動作することが採用の決め手となった。 株式会社ズーム エンジニアリング ディヴィジョン TAC ユニット ファームウェア チーム チームリーダー 末次 豊 氏 株式会社ズーム エンジニアリング ディヴィジョン TAC ユニット ハードウェア チーム チームリーダー 福島 学氏 フリースケール・セミコンダクタ・ジャパン株式会社 マイクロコントローラ・グループ ビジネス・デベロップメント MPU 大林 久高 氏 アヴネット株式会社 東京本社 半導体事業統括本部 第 4プロダクトマーケティング本部 第 3プロダクトマーケティング部 1 課 主任 榎本 浩尚 氏 アヴネット株式会社 東京本社 半導体事業統括本部 第 4プロダクトマーケティング本部 第 3プロダクトマーケティング部 1 課 主任 宮本 正亨 氏 図1：オーディオ・インタフェース内部のi.MX 6Solo基板。 タではほとんど採用されておらず、USB 3のほ 河野：性能を表す指標の一つに「オーディオ・ 路や3Dグラフィックス・アクセラレータなどを備 うが 本命と考えました。そこでオーディオ性能 レイテンシ」というものがあります。この値が小 えています。また、SATAやPCI Expressなど、 は同じで、インタフェースをUSB 3に置き換えた さければ、性能が 高いという評価になります。 他社のアプリケーション・プロセッサがあまり対 いわゆる、 「音の遅延」です。弊社は、この「オー 応していないインタフェースも備えています。 「UAC-2/UAC-8」を開発しました（図1）。 演 奏 者 の 視 点 に 立 った 音 響 機 器 開 発 、 ディオ・レイテンシ」をできるだけ小さくしたい、 オーディオ信号処理とPCIe 伝送に i.MX 6アプリケーション・プロセッサを活用 ―― 開発した機器には、どのような特徴があり という要求があります。例えば、ギターを抱え ―― i.MX 6シリーズは、オーディオ機器によく ますか？ た演奏者が“ジャン”と鳴らした音がパソコン 採用されているのでしょうか？ 末 次（ZOOM）： 弊 社 が もともとエフェクタ・ に転送され、データ処理され、演奏者のヘッド 大林：ビデオ処理やグラフィックス処理を行う メーカーということで、A/D、D/A変換のほか ホンへ戻ってきてはじめて音楽として聞こえま 機器に使われることは多いのですが、今回のよ に、エフェクタの機能を付加しています。またサ す。この間の伝送遅延が大きいと、まったく演 うな事例は珍しいと思います。もちろん、圧縮 ンプリング周波数を4倍に変換するアップサンプ 奏できなくなります。 されたMP3オーディオのデコードなどには使わ れています。しかし、オーディオ信号処理のプ リング機能も装備しています。これにより、A/ D変換時の折り返しノイズが除去され、D/A変 ―― どのくらいの遅延が許容されるのでしょう？ ログラムをユーザーが作成し、Cortex-A9コア 換では高音までクリアなサウンドが得られます。 河野：一般に販売されている製品では、遅延時 が 備えるNEONコプロセッサのSIMD（Single 間が10ms ～20msのものが多いと思います。 Instruction Multiple Data）命令に最適化し た例は、日本ではほとんど見当たりません。 音楽制作の現場で利用する ―― どのような製品にARMプロセッサを搭載し えていました。チャンスをうかがっていたところ、 ―― オーディオ信号処理はDSPで実行したので 弊社の製品は2msと世界最速レベルを実現し インタフェース機器を開発 たのでしょう？ ThunderboltとUSB 3という二つの高速インタ すか？ ました。現在でも超高性能なオーディオインタ 河野：「オーディオ・インタフェース」と呼ばれる フェース規格の登場を機に、開発に着手しました。 機器です。これは、パソコンと電子楽器、マイ 末次：2チャネルの機種（TAC-2/2R、UAC-2） フェース製品の分野では、1〜3msの間で各社 ―― ARMプロセッサを利用するにあたり、戸惑 は、i.MX 6Solo上のソフトウェアでオーディオ がしのぎを削っています。この遅延自体は、音 いはありませんでしたか？ ―― ZOOMは、どのような企業ですか？ ク、アンプ、ミキサ、スピーカ、ヘッドホンなど ―― 複数の機種にARMプロセッサを搭載した 信号処理を行っています。従来、弊社ではこの 楽を聞くだけであればまったく気にならない世 河野：最初は、汎用のプロセッサで本当に処理 河野（ZOOM）：1983年創業の音響機器メー を接続するための中継装置で、2014年春から のでしょうか？ 種 の 信 号 処 理にDSPを使ってきました。i.MX 界ですが、曲を演奏しながら同時に耳で確認す できるのか、不安を抱きながら開発に着手しま カーです。1989年にギター・ストラップに装着 出荷を開始しました。 河 野：Thunderboltインタフェー スを 備 える 6Soloのような汎用のプロセッサを使うのは初 る場合は非常に重要です。 したが、最終的に要求性能は満たせました。 できる手のひらサイズのエレキギター用エフェク 「TAC-2」を皮切りに、5 機種に搭載しました。 めてで、これが一つのチャレンジでした。 末 次： 当 初はNEONの 使い 方が 分かりません でした。 「速度が上がらないな」と思ったら、実 タ「9002」を製品化して、大きな成功を収めま ―― オーディオ・インタフェースの開発に取り組 これはコンシューマ向けのオーディオ機器を意識 河野：高価格帯のオーディオ・インタフェース し た。2000年 に は、SmartMedia（メモリ・ むのは今回が初めてですか？ したスタイリッシュな外観になっています。また 製品を開発する場合、競合他社はFPGAを使う PCI Expressバスを利用して はNEONの設定がOFFになっていたり…。コー カード）を利用した録音機器を発売して話題を呼 河 野：これまでも製 品 へ の 付 加 機 能として開 音楽制作にたずさわる方には、ラックに収納し こともあるようですが、弊社はできるだけソフト Thunderbolt/USB 3伝送を実現 ドの 最 適 化 で は、 デ ータのメモリ階 層（内 蔵 びました。これは、単に音楽を記録するだけで 発・実装してきていましたが、専用製品として やすい四角い筐体のほうがよいだろうということ ウェアの開発力で要求性能を引き出したいと考 SRAM、キャッシュ・メモリ）への置き方やキャッ はなく、楽器演奏者が過去に録音したものを聞 は初めてです。現在の音楽制作は、パソコン上 で、外観を変え、さらにシンセサイザなどを接続 えています。今回は汎用プロセッサを利用しつ シュの順番、コンパイラのクセを掴んで効率の きながら、新しい楽器の音を重ねることができる で 音 楽 を 作 るDTM（Desktop Music）/ DAW するMIDIインタフェースを追加した「TAC-2R」、 つ、FPGAを搭載する他社製品の性能を凌駕す ―― i.MX 6Soloの概要を教えてください。 「マルチトラック・レコーダ」と呼ばれる製品で （Digital Audio Workstation）が主流です。弊 チャネル数を2から8に増やした「TAC-8」も開 るところまでコードを最適化しました。 大 林（フ リ ー ス ケ ー ル）：i . M X 6 S o l o は、 す。これをきっかけに、弊社は電子楽器だけで 社もつねづね、音楽制作ソフトウェアが動作する 発しました。Thunderboltは 技 術 的 なインパ なく、音楽制作の分野の製品展開も始めました。 パソコンに直結する製品を開発してみたいと考 クトは大きいのですが、Mac以外のコンピュー 2015.8 18 Volume.11 APS MAGAZINE ―― ここでいう“性能”とは何ですか？ 高いコードに落とす使い方などを工夫しました。 Cortex-A9コアを搭載した最大1GHzで動作す ―― 今回の製品のハードウェア構成は？ るプロセッサです。フルHD対応のビデオ処理回 福 島（ZOOM）：i.MX 6Soloに は、A/Dコ ン Volume.11 2015.8 APS MAGAZINE 19 フリースケール・セミコンダクタ・ジャパン株式会社 ｜ SUCCESS STORIES PC PCIe Endpoint USB3.0 PCIe Display DDR3 1Gb i.MX 6Solo SSI A/D 福 島： 解 決 策 は、フリースケー ル が 運 営する Technical NOTE Web上のフォーラムに掲載されていました。書 き込まれていた情報をもとに試してみたら、正 しく動作しました。 Independent 8ch Audio input CPLD D/A のサンプル・コードが用意されていませんでした。 宮 本：i.MX 6Soloのマニュアルは2000ペー i.MX 6プロセッサ･シリーズをさらに拡張 i.MX 6UltraLite 「i.MX 6UltraLite開発システム SABREボード」 h ttp: / / go.aps-we b.jp/ 1 1 -fr e e sc al e QRコードアプリで関連デモ動画を再生できます。 ジにもわたります。また、プロセッサのさまざま Thunder bolt MAC PCIe PCIe RootComplex Display DDR3 1Gb i.MX 6Solo SSI A/D D/A CPLD Independent 8ch Audio input 図2：ZOOMが開発したオーディオ・インタフェースのシステム構成。 バータICやD/AコンバータIC、外付けのSRAM、 最初の段階で非常に苦労しました。i.MX 6Solo 電源ICなどがつながっています。i.MX 6Soloは をPCI Expressのエンドポイントとして動かす な周辺機能を理解することも重要ですが、加え 新次元のエネルギー効率とスペース SAIおよびS/PDIF Tx/Rxを搭載 て今回はPCI Expressがどのような規格である i.MX 6（アイドット・エムエックス 6）アプリケー のかを理解することも必要でした。100％すべ ション・ プ ロ セッサ は、ARM てを把握している人はいないので、多くの人々 アーキテクチャをベースとするi.MX 6Quad、 の協力を仰ぎながら問題を解決していきました。 i.MX 6Dual、i.MX 6DualLite、i.MX 新しいi.MX 6UltraLiteは、コストやスペース 10個の入力チャネル、抵抗膜式タッチ・コン 大林：i.MX 6シリーズについては、巨大なユー 6Solo、i.MX 6SoloLite、そしてCortex-A9 に制約のあるアプリケーションをターゲットとし トローラ（4ワイヤ/5ワイヤ）付き ザー・コミュニティ（Freescale Community） コアを１つとCortex-M4 コアを統合したヘテ ており、電力効率や小型性、セキュリティ面の ・パーシャルPMUインテグレーション が存在します。フォーラムの運営には米国本社 ロジ ニアスSoCであるi.MX 6SoloXのライン 厳しい要件に応えます。 ・セキュリティ：TRNG、暗号化エンジンAES/ のアプリケーション・エンジニアも参加しており、 アップがあります。 ® Cortex -A9 ® 効率を実現 ・2つの10/100 Ethernet (IEEE 1588) ・2つ の12ビットADコン バ ータ、 合 計で最 大 TDES/SHA/RSA、 改 ざ ん モ ニタリング、 セ 【特長】 キュア・ブート、SIMV2/EVMSIM x 2、OTF さらに、魅力的なビジュアルが求められるグラ ・ARM Cortex-A7コア搭載 最大528MHz DRAM暗号化 情報の信頼性は高いです。 PCI Expressインタフェースを備えており、PCI 方法が分からず、2～3カ月くらい試行錯誤しま ―― 今後の展開を教えてください。 フィックス重視のアプリケーションを対象にした ・最大WXGA のパラレルLCDディスプレイ Expressバスを介してThunderboltやUSB 3の した。 河野：今年（2015年）上半期までに、予定して ハイ・パフォーマンス製品～i.MX 6DualPlus ・8/10/16/24ビット パラレル・カメラ・セン いたすべての機種の出荷が始まりました。今回 ／i.MX 6QuadPlusと、セキュアなIoTを加速 ―― 何が原因だったのでしょう？ の成果を生かした新製品も企画していきたいと する業界最小のバリュー・パフォーマンス製品 ・16ビット LP-DDR2、DDR3/DDR3L ・HEMS インタフェース基板と接続しています。 （図2）。 サ・インタフェース 【ターゲットアプリケーション】 ・HMI ―― ThunderboltとUSB 3でシステム上の違 福島：まず、フリースケールが提供する評価ボー 思います。 ～i.MX 6UltraLiteを 加 え、9つ のラインアッ ・8/16ビット・パラレルNOR FLASH/PSRAM ・ePOSターミナル いはありますか？ ド上でエンドポイントとして動かすためのサンプ 大林：i.MX 6シリーズについては、今年の2月 プからなるスケーラブルなマルチコア・プラット ・デュアル・チャネルQuadSPI ・テレマティックス 末次：実は、Thunderboltの機種とUSB 3の機 ル・コードを入手し、確かに動くということを にi.MX 6SoloXという品種を出荷していますが、 フォームが 実現しました。i.MX 6DualPlusと ・8ビットRaw NAND FLASH ・ポータブル・メディカル 種では、PCI Expressのホストとターゲットの役 見届けるまでに時間がかかりました。続いて、 さ ら にUltraLite、DualPlus、QuadPlusの3 i.MX 6QuadPlusは既存のi.MX 6シリーズと ・2つのMMC 5.0/SD 3.0/SDIOポート ・2つのUSB 2.0 OTG、HS/FS、デバイスまた 割が逆になっています。Thunderboltの機種で ThunderboltコントローラICと組 み 合 わ せて 品種を年内に出します。DualPlusとQuadPlus ソフトウェア互換、ピン互換を維持しつつ、グ はi.MX 6SoloがPCI Expressのエンドポイント 動作するようになるまでに、さらに時間がかかり は、既存のDualとQuadのグラフィックス性能 ラフィックス性能を２倍以上高め、メモリ効率を として動作します。Thunderboltケーブルを介し ました。評価ボード上では、PCI Expressの回 を引き上げたものです。一方、UltraLiteはロー 50%以上改善しています。 て接続するMacがホストとなり、Thunderbolt 路はi.MX 6Soloの内部クロックに基づいて動 パワー製品の位置づけで、Cortex-A7コアを搭 はPCI Expressバスをそのまま延長しているに過 作しています。一方、外部のThunderboltコン 載し、動作周波数も528MHzに抑えています。 ぎません。一方、USB 3の機種ではi.MX 6Solo トローラICも自前のクロックを持っており、そち これでi.MX 6シリーズは全9品種となり、これ の周辺回路としてUSB 3コントローラICを接続 らのクロックにi.MX 6SoloのPCI Experss回 まで以上に選択の幅が広がります。それとは別 します。つまり、i.MX 6SoloがPCI Expressの 路を同期させないと正しく動きません。そのた に、年内にi.MX 7シリーズのDualとSoloも登 RTC & Reset ルート・コンプレックスの役割を果たし、USB 3 めの設定方法が分からなかったのです。 場します。これ はCortex-A7＋Cortex-M4の Smart DMA コントローラICがエンドポイントになります。今 宮本（アヴネット）：i.MX 6シリーズ向けの初期 ヘテロジニアス構成を採るプロセッサで、ビデオ 回、i.MX 6Soloを採用した理由の一つが、PCI のLinux BSP（Board Support Package）に とグラフィックスの回路は載っていません。i.MX Expressのホスト機能とターゲット機能の両方を は、PCI Expressのエンドポイント機能が実装さ はこれまで、システムの高機能化・高性能化の 備えていることでした。 れていませんでした。その後、エンドポイントに 流れを後押しする製品が多かったのですが、今 ・オーディオ・インタフェースとして3つのI2S/ System Control IOMUX 32 KB D-cache NEON PTM UART x8 SIM V2/EMVSIM x2 128 KB L2-cache Watch Dog x3 PWM x8 Multimedia Power Mgmt Temp Monitor 後はi.MX 6 UltraLiteやi.MX 7シリーズのよう ADC x2 (10-ch) w/ touch ctrl にチップの長期供給や価格なども考慮しています。 それはちょっとした通信ができる程度のもので、 なローパワー製品の拡充にも力を入れていく方 Internal Memory SPI x4 GPIO 8x8 Keypad I2S/SAI x3 S/PDIF Tx/Rx ASRC 24-bit Parallel LCD FlexCAN x2 10/100 ENET x2 with IEEE 1588 External Memory 128 KB RAM I2C x4 CSC, Combine, Rotate, Programmable Proc. Engine 16-bit Parallel CSI ADC 96 KB ROM NAND Ctrl (BCH40) 32 KB I-cache Timer x4 対応したバージョンがリリースされたのですが、 針です。 MMC 5.0 / SD 3.0 x2 ARM Cortex-A7 PLL, OSC LDO Connectivity CPU Platform Secure JTAG 河野：プロセッサの選定にあたっては、このほか 「外部クロックを入力して動作させる」という形 はホスト（PHY内蔵） Parallel NOR FLASH Dual-Channel Quad SPI x1 USB2 OTG w/ PHY x2 16-bit LP-DDR2/DDR3/DDR3L Security 開発初期にトラブル、 Optional 解決策はWebフォーラムに Ciphers RNG eFuse Secure RTC OTF DRAM Encryption 10 Tamper Pins RSA4096 DPA protection 32KB Secure Storage i.MX 6UltraLite アプリケーション・プロセッサ ブロック図 デバイスの性能をソフトウェアで引き出す。当たり前のようで、なかな か 難しい。FPGAやDSPを併 用せずに、PCIeやNEONが 搭 載されて ―― 開発は順調に進みましたか？ いるi.MX 6の機能を活かし切った。高いAudio性能と低レイテンシー 末 次： 開 発は2012年 末に 始まった のですが、 が求められる業界で、ZOOMはそれを見事に具現化した。 2015.8 20 Volume.11 APS MAGAZINE 〒153-0064 東京都目黒区下目黒1丁目8番1号 アルコタワー 15階 TEL：0120-993-082 フリースケール・セミコンダクタ・ジャパン株式会社 http://www.freescale.com/ja/ Volume.11 2015.8 APS MAGAZINE 21
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