組み込みシステムは、スマートホームサーモスタットとウェアラブルフィットネストラッカーから複雑な自動車エンジン制御ユニットと産業用ロボットアームまで、さまざまなデバイスで静かに動作する現代世界に電力を供給します。これらのシステムの多くは、マイクロコントローラ(MCU)にあり、最も広く採用されている家族の中には、ARM Cortex-Mシリーズがあります。 決定的なリアルタイムの組み込みアプリケーション向けに、Cortex-M microcontrollersは、高効率、低消費電力、およびあらゆるニーズに適応するあらゆるニーズにお応えします。

ARM Cortex-Mアーキテクチャの理解

ARM Cortex-Mファミリーは32ビットRISC(Reduced Instruction Set Computing)アーキテクチャ上に構築されています。アプリケーションプロセッサ(Cortex-Aシリーズ)とは異なり、Cortex-Mデバイスは、バリメタルおよびRTOSベースの操作に決定的な割込み処理を最適化しています。このコアは]]の3つをの手順で、16ビットと32ビットの指示を組み合わせてメモリコードを処理する場合に限られます。このコアは、多くの場合、メモリの処理に制限されます。

もう一つの建築要素を定義することは、 ] を対象とするベクトル断続コントローラ (NVIC)] であり、低レイテンシー、優先割込み処理を提供します。 NVIC は、最大 240 個の割り込みソースを構成可能な優先レベルにすることができます。これにより、リアルタイムの応答性が実現できます。さらに、アーキテクチャには、単一サイクルの乗算、ハードウェア分裂(ほとんどのコア)、およびオプションの浮動小数点単位(MPU4)が搭載されているマルチプライアンスシステムが搭載され、M7 メモリモデルのマルチプレジ、マルチプライ、マルチプライ、およびマルチプリファイバ、およびマルチプリファイバが搭載されているマルチプリファイバが搭載されています。

主な特長と利点

  • [超低消費電力:[]] 皮質Mデバイスは、複数のスリープモード(])を実装しています。 急な、ディープスリープ、スタンバイ))。これにより、消費電力をサブマイクロワットレベルに低下させ、バッテリー駆動およびエネルギー処理用途に理想的です。
  • [決定的パフォーマンス:]]] ショートパイプラインステージ、ブランチのスペキュレーション(より高いコア)の組み合わせ、高速な割込みエントリ/出口は、制御ループと通信スタックの予測可能な実行を保証します。
  • スケール可能なファミリー:]]。シンプルなCortex-M0+から超高性能Cortex-M7、機能が豊富なCortex-M55までの範囲のコアにより、開発者は、必要な性能、電力、および機能の正確なバランスを選ぶことができます。
  • [リッチエコシステム:]]] 開発ボード(STM32 Nucleo、NXP LPCXpresso、マイクロチップSAM)、IDE(Keil MDK、IAR EWARM、プラットフォームIO)、ミドルウェア(lwIP、FreeRTOS、mbed OS)、および広範なコミュニティサポートが開発を加速します。
  • ハードウェアセキュリティ:] コアは、Cortex-M23とM33のようなコアには、M55がエッジAIのワークロードのためのヘリウムベクトル拡張を追加しますが、安全でないコードを分離するためのTrustZone技術が含まれています。
  • [] 高度なデバッグ:[ 統合シリアルワイヤデバッグ(SWD)とオプションのETMトレースは、リアルタイムデバッグのための批判的実行に深い可視性を提供します。

皮質Mの変種剤およびそれらの使用例

皮質M0/M0+

これらのエントリーレベルのコアは、最小限のフットプリントを持っています。M0 +は、利用可能な最もエネルギー効率の高い32ビットコアであり、12,000ゲート未満の要求です。 それらは、単純な制御タスク、センサーインターフェイス、およびコスト感度の高い消費者向け商品に最適です。 典型的なアプリケーションには、スマート電球、リモートコントロール、およびシンプルなIoTセンサーが含まれます。 M0 +には、ベクトルテーブルオフセットレジスタも含まれ、ブートローダの柔軟性を向上させます。

コルテックスM3

M3は、ブランチのスペキュレーションと統合されたスリープモードコントローラーを備えた3段のパイプラインを導入しました。 産業用制御、自動車のボディエレクトロニクス、および適度な性能と低電力を必要とする医療機器で広く使用されています。 複数の割込みソースのその決定的な取り扱いは、RTOSベースのシステムに人気があります。 例えば、STM32F1シリーズMCUはM3ベースの業界標準になっています。

コルテックスM4

M4は、単一サイクルSIMD命令で、単一精度浮動小数点単位(FPU)とDSP拡張機能を追加しています。これにより、オーディオ処理、モーター制御アルゴリズム、デジタル電力変換に適しています。STM32F4およびキネシスK6xファミリーには、ドローン飛行コントローラー、可変周波数ドライブ、スマートスピーカーなどのアプリケーションにM4コアを採用しています。

コルテックスM7

M7は、6段のスーパースケーラパイプライン、ブランチ予測、および別の命令/データキャッシュを備えた高性能コアです。 また、決定的な低遅延アクセスのための密接な結合メモリ(TCM)も含まれています。 最適化された実装で5コアマーク/MHzを超える提供が可能で、M7は複雑な産業オートメーション、ハイエンドオーディオDSP(例えば、インイヤーモニター)、および自動車ゲートウェイモジュールをターゲットとしています。

皮質M23/M33/M55

新しくなったコアは、TrustZone のセキュリティ拡張機能を備えた ARMv8-M アーキテクチャを組み込んでいます。 M23]は、M0 + に低電力で安全な接続です。 ]M33[]]は、DSP/FPU 機能とセキュリティを組み合わせます。 M55は、産業用センサーのエッジを抽出するためのヘリウムベクトルを追加します。

リアルワールドアプリケーション

Cortex-M マイクロコントローラは、デバイスを異常に制御します。

  • Consumer Electronics:]スマートホームハブ、ロボット真空、音声アシスタントは、センサーデータを処理するためのM4とM7コアを使用し、音声認識を実行し、アクチュエータを制御します。
  • []Automotive:]]] ADAS周辺カメラ(M4/M7)からボディコントロールモジュールおよび電気窓モーター(M0+/M3)まで、これらのMCUは厳格なAC-Q100信頼性基準を満たしています。
  • [産業オートメーション:[]]プログラム可能な論理コントローラー(PLC)、モーター ドライブおよび条件の監視センサーはリアルタイム制御および高度信号処理のためのM4およびM7中心に頼ります。
  • 医療機器:]ポータブル患者モニター、注入ポンプ、インシュリンペンは、信頼性が高く、低電力の動作のためにM0 +とM3コアを使用します。 セキュアM33コアは、患者のデータ処理のためにますます使用されています。
  • [ウェアラブル&IoT:[スマートウォッチ、フィットネスバンド、環境センサーは、M0 + / M4の超低電力モードと、多くのSoC実装が提供するワイヤレス接続統合(Bluetooth、LoRa)の恩恵を受ける。

開発ツールと生態系

Cortex-M エコシステムは、埋め込まれた世界で最も豊富です。STMicroelectronics、NXP、マイクロチップ、レネサス、シリコンラボなどの大手ベンダーは、Cortex-M コアを共有するピン互換の家族を提供しています。一般的な開発環境は次のとおりです。

  • [Keil MDK] – ARM C/C++コンパイラ、デバッガ、および広範なミドルウェア(RTX5 RTOS、ファイルシステム、USBスタック)を備えた業界標準IDE。
  • []IAR組み込みワークベンチ - 攻撃的な最適化と低電力デバッグのための優れたサポートのために知られる。
  • [MCUXpresso](NXP)と[]STM32CubeIDE(ST) - コード生成、構成ツール、ミドルウェアを備えた、無料の、EclipseベースのIDE。
  • []PlatformIO] – 複数のMCU家族やフレームワーク(Arduino、mbed、など)をサポートするオープンソースのエコシステム。
  • [Zephyr、FreeRTOS、およびSreadX – タスクスケジューリング、同期、低電力管理を提供するCortex-M専用のポートを備えたRTOSオプション。

ARMは、適切なMCUを選択するためのガイダンスのために、 developer.arm.com]]で広範なドキュメントを提供します。WikipediaのARM Cortex-M]ページでは、さまざまなコア機能と実装の包括的な概要を提供しています。

あなたのプロジェクトに適したCortex-Mを選択する

MCU の変種を選択するには、性能、パワー、コスト、および周辺要件のバランスをとることが含まれます。シンプルな IoT ワイヤレス ノードでは、低リークプロセスと統合されたラジオを備えた M0 + コアが理想的です。リアルタイム FOC (フィールド指向制御) を必要とするモーター制御アプリケーションでは、FPU と高精細 PWM タイマーを持つ M4 は、自然なフィットです。エッジでのハイエンドの信号処理や機械学習は、M7 をキャッシュと DSP55 拡張機能を備えたマルチファンクション またはエンド エコシステムとマルチファンクション エンド デバイス エンド デバイス デバイス またはマルチ デバイス エンド デバイス エンド デバイス またはマルチ デバイス エンド エンド デバイス エンド デバイス エンド エンド エンド デバイス エンド エンド エンド デバイス エンド または MCU デバイス デバイス デバイス デバイス エンド エンド エンド または MCU デバイス デバイス または MCU デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス または MCU デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス デバイス

コンテンツ

ARM Cortex-M マイクロコントローラシリーズは、パフォーマンス、パワー効率、スケーラビリティのコンベリングミックスを配信する、現代の組み込み設計の礎となりました。 使い捨て医療センサーや多軸ロボットコントローラを構築するかどうかにかかわらず、Cortex-Mコアがお客様のニーズに合ったものがあります。 継続的な革新により、Cortex-Mファミリーは、世界中の何百万人もの組み込み開発者のための建築に向け、Go-toアーキテクチャを維持しています。 [FLT] または次のプロジェクトを始めましょう。 [FLT] [F] [F] ポートフォリオ] [F] [F] ポートフォリオ] [F] を次の手順で表示することができます。 [F]