TIに多数のマイクロコントローラーがあるのはなぜですか？

私はグループでプロジェクトに取り組んでおり、プロジェクトのデジタル部分を担当しているため、コードを作成します。アナログからデジタルに移行するには、マイクロコントローラーを選択する必要があります。

TIのマイクロコントローラーを調べていたところ、非常に多くあることがわかりました。彼らは持っている：

• ステラリス

• ヘラクレス

• MSP430シリーズ

• そして、リストは続きます。

私の質問：

• どのマイクロコントローラーを使用しますか？その理由は？

• どのような条件下で、マイクロコントローラーXをYではなくXを使用すべきですか？

• なぜ非常に多くの異なるマイクロコントローラーがあるのですか？

私はMCU開発グループで働くTIの従業員ですが、これはTIの公式声明ではありません。特に、これはロードマップや優先順位に関する公式声明ではありません。また、私はマーケティングに携わっていないため、マーケティング資料のいずれかと矛盾する場合、それらは正しいものであり、間違っています。:-)

MDの答えは正しいですが、もう少し詳しく説明すると役立つと思いました。TIは、さまざまな要件を持つさまざまなアプリケーションを対象としています。MCUソケットを競うとき（そしてこの業界では多くの競争があります）、機能と価格の両方が重要です。10セントのコスト差は、ソケットの勝ち負けになります。コストの主な要因の1つはダイサイズです-チップ上にあるものの量。したがって、異なる製品ライン、およびそれらの製品ライン内の異なるファミリを持つことが理にかなっています。製品ラインは主に周辺機器のタイプとアーキテクチャが異なりますが、ライン製品内のファミリは主にコストと機能セットの点で異なります。

製品ラインの詳細は次のとおりです。

• Herculesは、TMS470 / TMS570ラインの続きです。安全性とパフォーマンスに重点を置いています。Herculesの重要な機能の1つは、同じコードを並行して実行するデュアルCPU（「ロックステップ」）です。これにより、CPU自体の障害をすぐに検出できます。新しい製品のパフォーマンス情報については、このデータシートをご覧ください。Cortex-R5F CPUは300 MHz以上で動作し、ハイエンド機能を備えた周辺機器が多数あります。たとえば、CANモジュールには64個のメールボックスがあります。明らかに、このようなものは安くはありません。しかし、除細動器、換気装置、エレベーター、インスリンポンプなどのアプリケーションを見てください。これらは、顧客が安全のために支払う意思がある場所です。Herculesは、より広い温度範囲とより長い動作寿命を持つ自動車製品にも使用されます。
• C2000の焦点は、制御アルゴリズムのサポートです。C28x「CPU」は実際にはDSPであり、その命令セットは三角法や複素数などを処理するために拡張されています。また、CPUから独立して制御アルゴリズムを実行できるControl Law Accelerator（CLA）と呼ばれる別のタスクベースのプロセッサがあります。ADCとPWMも多くのタイミングオプションをサポートしています。パフォーマンスはミッドレンジ（Piccolo）からハイエンド（デュアルコアDelfino）までさまざまです。ここでの大きなアプリケーションは、電力変換器、電力線通信、産業用ドライブ、モーター制御です。
• MSP430はすべて低消費電力です。彼らは持っているいくつかの製品の使用FRAM（強誘電体不揮発性メモリ）、フラッシュよりも少ない電力を使用し、さらにはという1 0.9V（1つのバッテリー）をオフに実行されます。LCDや静電容量式タッチセンシングなどをサポートするために、あまり一般的でない周辺機器があります。データシートを見ると、リモートセンサー、煙探知器、スマートメーターなどのアプリケーションが表示されます。
• ワイヤレスMCUグループについてはあまり知りませんが、明らかにワイヤレス接続には特別な要件があります。彼らはCortex-MとMSP430 CPUを搭載しているようで、家庭用電化製品やモノのインターネットに応用されています。IoTはしばらくの間大きな流行語であったため、それが彼らの主なターゲットの1つであると想像します。彼らの最新（？）製品は、「Internet-on-a-chip™ソリューション」として説明されています。更新：Fellow TIer justinrjyは、ワイヤレス/コネクティビティMCUについての詳細な情報をコメントしました。 uC自体、非常に簡単に開発できます。CC3200と同じですが、プロセッサはすべてCortex-M4でWiFiドライバーを実行します。統合されたコアとドライバーは、トランシーバーではなく「ワイヤレスMCU」になります」

ご覧のとおり、これらの製品ラインは、非常に異なる要件を持つ非常に異なるアプリケーションを対象としています。300 MHzのHerculesチップをバッテリー駆動のデバイスに搭載するのは災害ですが、MSP430をエアバッグに搭載するのは災害です。物理的なサイズも重要です。337ピンのBGAパッケージは小さなセンサーに収まりにくいのですが、産業機器には向いていません。

製品ライン内には、複数のファミリがあります。C2000 Delfinoデバイスは高速で、周辺機器が多く、パッケージにピンが多くあります。また、Piccoloデバイスの（少なくとも）2倍のコストがかかります。どれが必要ですか？アプリケーションによって異なります。MSP430には、消費電力とパフォーマンスのバランスをとる製品と、低電力のみに焦点を当てた製品があります。（その1バッテリーMCUは4 MHzおよび2 kBのRAMで最大になります。）

新製品は常に開発されているため、各ファミリには多くの製品があります。トランジスタはより小さく/より安くなるので、より多くのものをチップに入れることができます。今日のミッドレンジMCUは、10年前には超ハイエンドでした。通常、各製品は、いくつかの特定のアプリケーションを対象とし、可能な場合は他のアプリケーションをサポートするように作られています。

最後に、各製品には複数のバリエーションがあります（別名、部品番号の最後の数字）。これらは通常、メモリの量が異なり、（おそらく）使用可能な周辺機器が少し異なります。繰り返しますが、これはすべて価格帯を提供することです。

短いバージョンでは、各製品が価格、パフォーマンス、機能の異なるバランスを提供します。単純に古い市場のセグメンテーションです。私たちの顧客はメーカーであり、エンドユーザーよりもわずかな価格差を重視しています。人々は私たちが持っているすべての部品番号を購入するので、明らかに需要があります。:-)

更新：ジェレミーは、大口顧客の要件が設計プロセスにどのように影響するか、カスタムMCUを作成するかどうかを尋ねました。私は、単一の大規模な自動車顧客向けに作られたいくつかのTMS470 / 570 MCUを見てきました。また、そのグループには、1人の顧客向けに設計されたアーキテクチャのMCUがいくつかありました。そのうちの少なくとも1つで、顧客はほとんどのRTLを作成しました。これらは厳しいNDAの制限下にあるため、詳細は説明できません。

一般的な市場製品には、通常、少なくとも1人の大きな顧客が存在します。大規模なお客様には、特別な部品番号が付与される場合があります。大きなソケットを獲得するためだけに周辺機器を追加することもあります。しかし、一般的に、機能に関して言えば、大きな顧客は天井というより床に近いと思います。

カスタムパーツの極端な例は、信頼性の高いグループです。私はこれらの人についての話を聞いただけですが、どうやら既存の製品を取り、高温、放射線、あなたを撃つ人々などの極端な条件で動作するように作り直しているようです。 、温度は200℃に達することができます。（たぶん、これはたったの$ 400 /チップでArrowに在庫がある！）彼らはウェブサイトにリストされたたくさんの標準的な製品を持っているが、私が聞いたところから、彼らは少量でも注文のために構築できるチップあたり50,000ドル以上を使う場合は、必要なチップのHiRelバージョンを12個購入できます。:-)

経験則として、あなたが十分なお金を使っているなら、ビジネスのすべては交渉可能です。

MSP430は、TIが開発したコアでした。16ビットコアであり、超低消費電力として販売されています。16ビットMCU市場はArm Cortex-M0の急増に伴い急速に蒸発しているため、Cortexコアに基づいた新しいMSP430があります。古いMPS430は通常、現在8ビットソケットと競合しています。

Tivaにブランド変更されたStellarisは、以前のLuminary Micro MCUです。その会社は6年か7年前にTIに買収されました。これらは（ある？）Cortex-M3 / M4ベースのデバイスでした。ほとんどの場合、MSP430よりも高性能/強力です。

C2000（Piccolo / Delfino /など）は、リアルタイム制御（モーター制御、電力変換/調整など）を対象としています。このファミリには、ローエンドのDSP機能もあります。工業用、そしておそらく一部の自動車（数少ない自動車認定TI MCUの1つ）をよりターゲットにしています。

ヘラクレスは安全性に焦点を当てています。冗長性、実行時エラーチェック、BIST、多くのウォッチドッグ機能。安全性が重要なアプリケーション。

機能やニッチ機能の一部が混在した他の部品がいくつかあります（つまり、統合されたワイヤレス、デュアルコア、FRAMなど）。さらに、より高性能なDSPやマイクロプロセッサも提供されています。

あなたのアプリケーションは何ですか？ボリューム？開発スケジュール？どの周辺機器/リソースが必要ですか？どのくらいの処理能力が必要ですか？MCUの低パフォーマンスのアナログペリフェラルでうまくいくことができますか、それともすべての信号パス処理を外部的/離散的に実行しますか？特定のシステム/アプリケーション用のプロセッサ/コントローラを選択するには、多くの要因があります。

Microchipは、マイクロコントローラの完全なラインを持っている別の会社です-すべてのパッケージのバリエーションを含むDigi-Keyで4,000以上の在庫があります。TIと同様に、これらは8ビットから32ビットまでの範囲をカバーします。

~2700  8-bitters: from 384 bytes Flash and 16 bytes RAM to 128 KB Flash and 4 KB RAM 
~1000 16-bitters: from 4 KB Flash and 256 bytes RAM to 1 MB Flash and 96 KB RAM
 ~500 32-bitters: from 16 KB Flash and 4 KB bytes RAM to 2 MB Flash and 512 KB RAM

KBではなく、最小単位がバイト単位で指定されていることに注意してください。

価格は、単一数量で35セントから13.36ドルです。私は、最低価格のものが大量に20¢未満になることを想像しています。テストされていないもの（顧客が製造業者の代わりに受け入れテストを行う場合）でも10セントですらあります。最も安い32ビットARMは、76¢の単一数量で2倍です。大量生産製品の場合、それは大きな違いです。PIC10F200は、最も安いのμCあるすべてほぼ15,000というDigi-Key社の株式。

Microchipは、古いµC（下の製品セレクタに「成熟」としてリストされている）の在庫を維持することでも高い評価を得ています。

すべてを理解する方法は？製品セレクターを使用します。Digi-Key、Mouser、およびその他のディストリビューターにはかなり良いものがありますが、すべてのパラメーターが含まれているわけではありません（Digi-KeyのµC製品セレクターは20未満で、下の表は50以上です）。Microchip（および私は他のメーカーも考えます）には、以下のようなより広範なものがあります。ほとんどすべてのパラメーターに範囲を指定できることに注意してください。

MicrochipによるAtmelの買収により、何が起こるかを見るのは興味深いでしょう。一部の行にはかなりのオーバーラップがあるようです。

TIが提供している製品（これについては既に回答済みです）の詳細を説明することなく、仕様が必要であることを強調したいと思います。それらを持っていない場合、それらを識別するのはあなたの仕事であると想定してください。初心者の場合、これは少し圧倒されるかもしれませんが、プロジェクトで発生する可能性のあるいくつかの仕様に名前を付けましょう。

• MCUは何をしますか？CPU時間に制約されていますか？浮動小数点のような「特別な処理」を行うつもりですか？これにより、必要なCPUコアとクロック速度が決まります。

• それとも、バッテリー寿命に制約されていますか？もしそうなら; マイクロコントローラーが提供しなければならないスタンバイモード、ウェイクアップまでのレイテンシー、ウェイクアップソース、デジタルおよびアナログ用の電圧レール（バッテリーから直接給電する場合など）などを調査する必要があります。さらに、すべてのI / Oシステムにも。スリープ中に50nAを消費する優れたマイクロコントローラーを使用できますが、たとえばLDOやEEPROMが10uAの静止電力を消費している場合は無視できます。

• どのパッケージを使用できますか/使用する必要がありますか？ピン数とテクノロジー どのくらいのスペースがありますか、何を組み立てることができますか？

• どのくらいの量のコードを書きますか？どれくらいのRAM / FLASHが必要か考えていますか？これには、開発ボードでの実践的な経験が役立ちます。

• システム設計で使用する必要のあるインターフェイスと、それらの使用方法を教えてください。基本的な開始点：

1）速度の制約（たとえば、3MBaudで実行するUSARTが必要です）

2）ポート数の制約（たとえば、5つのUSARTが必要です）

3）スループットの制約（たとえば、USARTとの間で2Mbpsのデータを転送するにはDMAが必要です）

4）システムで発生する可能性のある「イベント」と、満たす必要のあるレイテンシを観察します。たとえば、デバイスのアラートピンをポーリングできますか、それとも外部割り込みピンが必要ですか？

これは、「ボトムアップ」または「トップダウン」のどちらを設計しても、難しい質問になります。「トップダウン」で設計する場合、この時点で、システム設計が当たり前と思っていた16個のUSARTを備えたマイクロコントローラーがないことがわかります。

OTOHを「ボトムアップ」で設計する場合、あなたがよく知っているマイクロコントローラーを選ぶことができますが、適切な量のI / Oがなく、動作するには「接着チップ」が必要であることがわかります。

どちらかといえば; ベンダーのオファーに精通してください。すべての希望をパラメトリック検索にパンチし、0個の結果を取得するときに、制約がどこにあるかを知っておくと便利です。

• 他の特定の制約はありますか？述べたように; 一部のマイクロコントローラには、電源管理（高解像度PWMモジュール）または安全（冗長性、決定論的なウォッチドッグおよびリセットサイクルなど）のための非常に特殊な周辺機器があります。

設計のボトルネックを特定し、解決しようとすることは常に良い考えです。開発ボードは、CPU時間、メモリ要件、およびマイクロコントローラーが持つ可能性のある「癖」に関してコードをテストするための優れた「実践的」な体験になります。