情報工学

【情報工学基礎】マイコンとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明(環境・分類編)

【情報工学基礎】マイコンとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明(環境・分類編)

マイコンはMCU(MCU:Micro Controller Unit)を意味し、電子機器を制御するための電子部品で、プログラムによって動作する観点からマイクロコンピュータとも呼ばれています。

本記事では、昨今のマイコンに関連する種別、機能、環境等を簡単に説明します。

 

特長

それぞれの機能・目的・性能などによって存在し、様々な種類やシリーズで豊富に存在します。

マイコンは、機能を与えられたプログラムに基づいて、処理し制御、このプログラムを書換えることによって、構成されるハードウェアに様々な動作の実行が可能になります。

 

開発環境

エミュレータ

ソフトウェアの開発に必要不可欠とされる「エミュレータ」
特に開発段階でのテストやバグ・不具合の修正のための”デバッグ作業”は特に重要な工程です。

エミュレータとは、Emulate(模倣する)こと、コンピュータ装置の動作・機能を模倣するための装置で、マイコンを構成する環境上で模倣し、プログラム実行配下で様々な内容が確認できます。

インサーキット・エミュレータ(ICE:In-Circuit Emulator)

ICE(アイスと呼ばれ)、プリント基板に実装されたマイコンを取外し、そのICソケットに接続、従って、実際の使用環境に近い状態での実行(デバッグ作業)が可能です。

高機能な環境でデバック作業が可能となりますが、値段もお高いです。
特に一昔前では、計測器メーカーから超高額で高性能なICE(フルICE)の時代もありましたが、現在では、オンチップ・エミュレータが主流となりフルICE自体の市場も激減しました。

 

オンチップ・エミュレータ(on-chip emulator)

ICEと異なり、マイコンをプリント基板上に実装したままでプログラムの実行(デバッグ作業)ができる装置です。
実際には、マイコン上の内部にデバッグ回路が搭載されこの回路で収集した情報を利用してデバッグ作業を行います。この為ICEに比べると機能は大幅に劣りますが、低コストで実現でき、その為、通常はこちらを主に使用し、詳細な解析・タイミング特定・解析が必要な場合のみICEを使い必要に応じた環境で行われる場合もあります。

 

統合開発環境 IDE

統合開発環境(IDE:Integrated Development Environment)と呼ばれる、エディタ、コンパイラやデバッガといった様々なマイコン開発ツール(マイコンソフトウエア開発環境)等を利用しソフトウェアも含め一環的に、多く利用されています。

IDE」を利用することによって、

  1. プログラムの記述
    エディタ機能
  2. コンパイル・アセンブルやリンクの実行
    機械語(マシン語)へのコード化
  3. データ転送処理
    書込み・読込み機能
  4. デバック
    エミュレータなどとの連携機能、
    プログラムの動作確認や修正等

上記の様々な開発ツールでマイコン開発が容易にできます。

マイコンは開発するハードウェア環境、使用するマイコン本体(下記等)やプログラム・ソフトウェアによって異なり、総合的に開発環境が異なります。

 

分類

ワンチップマイコン

IC(単体・個体チップ(ワンチップ))に ROM,RAM,I/O及びCPU回路などを集積し搭載した電子部品。

狭小な環境でコンピュータを用いた制御が可能となり、今では一般家電製品から産業機器、ロボット制御・・・もちろん情報端末、PC製品など、沢山の製品に組み込まれています。

現在では、マイコン開発・製造各社共、仕様・機能・精度など様々なシリーズで大量の製品があり、仕様用途に応じるマイコンが多数存在します。

下記は、代表格一例です。

  • PIC
    Microcip社の製品で、Peripheral Interface Controllerの略称 。
    命令幅、データ幅で分類され多くの種類があり多数存在します。
  • AVR
    Atmel社 PICの後発として発売、初期のArduinoに搭載されていたチップで人気が増加
    現在では開発したAtmel社はMicrochip社に買収
  • H8
    日立製作所(現ルネサス エレクトロニクス社分離)開発のマイコン 、当初8 ビット CPU の8「H8」、現在でもその名前由来のまま、他幅ビットにおいても、その後継シリーズに引継がれています。
  • ARM
    ARM社はアーキテクチャ(組込み機器などに用いられる32,64ビットでの構築思想)のライセンス販売のみを行い、製造メーカーはそれを設計データとして購入、それに基づいた形で製造し販売されています。

 

マイコンボード

マイコンが搭載されているプリント基板。

基板(1枚の基板)に、ワンチップマイコン又はCPU,ROM,RAM,I/O,周辺回路及び外部へのインタフェースを持つ回路が搭載される小さなコンピュータボード

昨今ではマイコンの区分として、シングルボードコンピュータ、ワンボードマイコン又はシングルボードマイコンとの名称で類別されているようです。

電子工作でお馴染みの代表例では、

  • Raspberry Pi(ラズベリー パイ/ラズパイ)
    主にOSを搭載し、高性能な周辺回路、充実された外部インターフェースを持ち、もはやマイコンを超え 超小型パーソナルコンピュータ(超小型PC)とも言えます。
  • Arduino(アルドゥイーノ/アルデュイーノ/アルディーノ)
    OS非搭載、シリアルインタフェース、USB、I/O端子を持ち、書籍からWEB上の情報、互換製品、実験デバイスなどが豊富に存在し、マイコン入門製品としてもお馴染みです。

その他、産業用に適した製品用から、モジュール開発用に特化されたボードまで、様々な分野に適した製品が沢山あり、目的に合わせた形で運用されています。

 

 

まとめ

  • マイコンは、CPU、メモリや周辺回路で構成され、その回路をチップ内に集積化された部品から、基板上に配置された製品まで、多種に存在する。
  • 開発環境も統合的に様々に異なる。
  • マイコンは沢山の製品や種類があり、使用する目的で選別し、利用されている。

マイコンは、利用する目的等によって、その製品や、開発環境が大きく異なります。

  • 業務用
    設計開発、製品用など勿論業務用として使用する、ライブラリーやモジュールも品質重視でデバック作業に特化した製品などで環境整備も重視されます。
  • 入門・学習用
    工作実験用などでは、身近に始めてみることを目的とすべく、入手容易なマイコンと無償で提供されているIDEを有効活用し、情報も書籍やWEB等に豊富にある物から選択されています。