『MSP430™』マイコンの超低消費電力と 32 ビットの高性能を融合：Cortex®-M4F 搭載で最小電力を実現した『MSP432™』マイコン

Mar 8, 2016

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FA、センサ、タッチパネルなどの産業用機器、ビル・オートメーションから民生用機器に至るまで、さまざまな機器で低消費電力への要求が日々厳しくなっている。一方で、リアルタイムのセンサ信号処理、高画質化するユーザー・インターフェイス、機器間の通信などマイコンの高性能化への要求も厳しくなる一方だ。

これまで、バッテリ動作機器など超低消費電力が要求される用途では、テキサス・インスツルメンツ（TI）の『MSP430™』ファミリが広く使われてきた。『MSP430』マイコンは動作電流とスリープ電流を極小に抑えるとともに、豊富なスリープモードとスリープからの高速復帰という強力な武器を持つ 16 ビットの超低消費電力マイコンだ。必要なときだけ CPU を間欠動作させることで、バッテリの使用時間をきわめて長くできる。

ただ、最近ではマイコンの処理性能への要求がさらに厳しくなり、より高性能なマイコンを求める声も大きくなってきた。TI ではそれに応えて、『MSP430』ファミリの超低消費電力プロセスと充実した周辺機能を受け継ぎ、高性能 32 ビット・コアの ARM® Cortex®-M4F を搭載した『MSP432™』マイコンを発売した。

図 1 高性能と超低消費電力を両立する『MSP432™』マイコン
(a) 高性能の特長

(b) 超低消費電力の特長

『MSP432』マイコンは、新次元の超低消費電力と高性能を両立した初めてのマイコンと言える。消費電力のために処理性能をあきらめることも、処理性能のために消費電力をあきらめることも、どちらも必要なくなった。

Cortex®-M4F でここまで低消費電力にできる

低消費電力の ARM マイコンとしては Cortex-M0/M0+ がある。だが、Cortex-M0/M0+ は命令数や機能が削減された低コスト向けのコアで、32 ビットとして十分な性能とは言えない。同じ Cortex-M ファミリでも、DSP/FPU 搭載など信号処理演算向けの高い演算性能をもつ高性能版の Cortex-M4F なら、Cortex-M0/M0+ より一桁高い処理性能を期待できる。

TI では、『MSP430』マイコンで培った超低消費電力技術によって、Cortex-M4F コアを用いて Cortex-M0/M0+ と同等の低消費電力を実現した。『MSP432』マイコンは、EEMBC の低消費電力ベンチマークである ULPBench™ において、他社の Cortex-M4F 製品より 35% も高い 167.4 のスコアを記録している。

しかも、『MSP432』マイコンは、EEMBC の性能ベンチマークである CoreMark において、Cortex-M4F の最高スコアである 3.41/MHz を記録した。最小の電力と最高の性能を妥協せずに実現したといえるだろう。

図 2 ULPBench™における『MSP432』マイコンのスコア

『MSP432』マイコンは、製造プロセスの徹底した低消費電力化によりリーク電流を低減するとともに、オンチップ DC/DC コンバータを採用して LDO より 40%省電力化、RAM リテンション機能を採用して 1 バンクあたり 30nA 削減、DriverLib を ROM 化してフラッシュより最大 35%省電力化など、さまざまな省電力技術を駆使している。それによって、最大 48MHz 動作で動作電流を 95µA/MHz に、スリープ電流（RTC 動作）を 850nA に抑えている。

また、同時リード/消去可能な 2 バンク・フラッシュや 128 ビットのフラッシュ・バッファを採用してアクセスを高速化し、フラッシュよりも高速な ROM に DriverLib を置いたことなどにより、高速化を実現している。

さらに、『MSP430』マイコンの多彩なペリフェラルを受け継ぐとともに、より低電力化と高性能化を進めた新開発のペリフェラルを搭載していることも特長と言える。たとえば、1Msps の新設計 14 ビット A/D コンバータは、動作電流を 375µA に抑えながら、13.2ENOB（実効ビット数）の高性能を実現している。

『MSP430』マイコンの高性能版、最小電力の Cortex-M4F として活用は容易

『MSP432』マイコンは、『MSP430』マイコンで実績を持つ内蔵ペリフェラル、ソフトウェア・ツール、エコシステムを継承していることから、『MSP430』マイコンのユーザーはすぐに『MSP432』マイコンを使いこなせるだろう。一方、『MSP432』マイコンは ARM マイコンの豊富なソフトウェア・ツール、エコシステムも継承している。各社の Cortex-M0/M0+ マイコンや Cortex-M3/M4F マイコンを利用してきたユーザーも、容易に『MSP432』マイコンの設計を始めることができる。

TI では、『MSP432』マイコンの開発を簡単に始められる評価用ボードとして、48MHz 動作、256K バイト・フラッシュ、64K バイト SRAM の『MSP432P401R』マイコンを搭載したローンチパッド『MSP-EXP432P401R』を提供している。TI のオンライン・ストアで、$12.99 で入手できる。(ご購入はこちらから)

図 3 『MSP432』マイコンをすぐに体験できるローンチパッド

TI の他のローンチパッドと同様に、『MSP-EXP432P401R』はターゲット回路とともにオンボード・エミュレータを搭載しており、PC の USB ポートに接続してすぐに使用できる。『MSP432』マイコンのすべての入出力ピンが基板に引き出されており、そのうち 40 ピンの I/O コネクタには各種のブースターパック（拡張ボード）を接続して利用できる。

さらに、『MSP-EXP432P401R』ローンチパッドは追加のツールなしでシステムの電力消費量を測定できる EnergyTrace+™ テクノロジーを搭載しており、超低消費電力のシステム開発を強力にサポートしている。

図 4 TI の低消費電力マイコン・ファミリ