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イベントシステムにより Cortex™-M0+MCUの CPU負荷と 消費電力を軽減する方法

イベントシステムの紹介

Microchip 社のCortex™-M0+MCU (SAMDx、SAMLx等)のイベントシステム(EVSYS)は周辺モジュール間

通信の機能です。EVSYS を使うと、周辺モジュールの状態が変化したら他の周辺モジュールの動作をト

リガできます。周辺モジュールのイベントはソフトウェアで設定可能です。EVSYSを使うと、CPU帯域

幅を一切使わずに周辺モジュールを自律的に制御できます。

イベントシステムは以下の2つのイベントリソースで構成されています。

• イベント ジェネレータ: イベント信号を生成する周辺モジュールの入力イベント

• イベントユーザ: 生成されたイベントを受信する接続先の周辺モジュール

図 1. イベントシステムの概要

サポートされている周辺モジュールでは多数のイベント ジェネレータとイベントユーザを使えます。詳細

は各製品のデータシートを参照してください。

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目次

イベントシステムの紹介 ............................................................................................1

1. 確定的なタイミングの実現に役立つイベントシステム ........................................3

2. CPU負荷の軽減に役立つイベントシステム ........................................................4

3. 低消費電力の実現に役立つイベントシステム ......................................................6

4. 関連リソース ......................................................................................................8

Microchip 社のウェブサイト .......................................................................................9

お客様向け変更通知サービス .....................................................................................9

カスタマサポート ......................................................................................................9

Microchip 社のデバイスコード保護機能......................................................................9

法律上の注意点 ........................................................................................................10

商標 .........................................................................................................................10

DNVによる品質管理システム認証 ........................................................................... 11

各国の営業所とサービス ..........................................................................................12

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1. 確定的なタイミングの実現に役立つイベントシステム 周辺モジュールレベルでの各種トリガでイベントを発生させられます。イベントシステムを使うと、イベン

トユーザは確定的なタイミングでイベント ジェネレータに応答できます。EVSYSのタイミングはイベン

トパスと汎用クロック(GCLK)の設定を基にしています。アプリケーションの要求に応じていずれかのパス

設定を選択できます。

表 1-1. イベントシステムのパス設定

機能 非同期パス 同期パス 再同期パス

イベントパスの選択基準

イベント ジェネレータとユーザ間は非同期で接続 エッジ検出/割り込みは 不要

エッジ検出またはイベントからの割り込みを使用 ジェネレータとユーザでGCLK は共通

エッジ検出またはイベントからの割り込みを使用 ジェネレータとユーザでGCLK は別 々

応用例 ボタン押下でLED点滅タイマをトリガ

AC が TCC をトリガしてデューティ サイクルを 変更

ADC 変換により DMACをトリガしてデータを保存し、割り込みを生成

イベント ジェネレータからイベントユーザへの(最大)レイテンシ

デバイス依存 イベント ジェネレータとイベントユーザに同じGCLK を使う場合、レイテンシはイベントシステム GCLK の 0サイクル

イベントシステムGCLKの 1 サイクル

イベントシステムGCLKの 3 サイクル

上表に記載した非同期パスのレイテンシの後、ユーザイベントを対象の周辺モジュールと同期するために

遅延が必要です。ユーザイベントから周辺モジュール クロック コア ドメインへの最大伝播レイテンシは

3周辺モジュール クロック サイクルです。例えば、非同期パスではタイマ出力がADCの変換をトリガし

ます。これは独立したチャンネルで構成されているため、イベントシステムのレイテンシは2サイクルで

固定です。イベント動作が予測可能なタイミングを必要とする場合、EVSYSはより確定的なタイミングを

提供します。

ヒントと一般的なガイドライン

1. 全ての周辺モジュール イベントが全てのイベントパスをサポートしている訳ではありません。製品

によっては特定のパスでのみイベント周辺モジュールとイベントの一部をサポートしています。例

えば、ADCは SAMD21マイクロコントローラの非同期パスのみサポートしています。イベントを選

択する前に、製品データシートの「Event Systems」セクションの「User Multiplexer Selection」の表を

参照してください。 2. イベントシステムが正常に機能するように、周辺モジュール EVSYS の GCLK に対してイベントパ

スを正しく設定する必要があります。パス、クロック、周辺モジュールのいずれかが正しく設定さ

れていない場合、イベントシステムがイベントをトリガしません。例えば、同期パスを選択してい

るのにイベント ジェネレータとユーザを別々のGCLKに設定した場合、イベントトリガは正しく機

能しません。 3. プロセッサまたは周辺モジュールのイベント処理が遅い(例: ADC変換が遅い)場合、次のイベントは

前のイベントが処理された後(例: AD 変換完了後)にのみ発生する必要があります。この条件を満た

すには各イベント チャンネルの CHBUSY、USRRDY、および OVRフラグをチェックする必要があ

ります。

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2. CPU 負荷の軽減に役立つイベントシステム EVSYSの利点について 2つのアプリケーションの例で説明します。以下の最初のアプリケーション シナ

リオについて検討します。

• マイクロコントローラ(MCU)が低消費電力モードにあります。リアルタイム クロック(RTC)は CPUを

あらかじめ定義された間隔で復帰させます。

• データを変換するために CPU が A/D コンバータ(ADC)を開始します。変換後、MCUは省電力モード

に戻ります。

• タイマ TC0が入力キャプチャ機能で信号を検出すると、CPU を復帰させます。

• CPUはアナログ コンパレータ(AC)を開始して、計測された信号がしきい値レベル内にあるかどうかを

確認します。

• しきい値レベルを超えている場合、TCCが PWM信号を生成します。超えてない場合、MCUは省電力

モードに戻ります。

下図に EVSYS を使わない場合の処理を示します。従って、前述の処理は割り込みを使って設定する必要

があります。割り込みが CPUを復帰させるたびにCPUの帯域幅を消費します。

図 2-1. 周辺モジュールによるCPU負荷

EVSYSを使う場合、周辺モジュール間でイベントを管理できます。下図を参照してください。

このシナリオは以下の通りです。

• RTC がイベント ジェネレータで、ADCがイベントユーザです

• TC0 キャプチャ イベントがイベント ジェネレータで、ACがイベントユーザです

• AC がイベント ジェネレータで、PWMがイベントユーザです

EVSYSを使う事で CPU の負荷を軽減できます。

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図 2-2. イベントシステムの周辺モジュール

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3. 低消費電力の実現に役立つイベントシステム イベントシステムを使う事でシステムの総消費電力を低減できます。周辺モジュール同士が EVSYS を

使って調整するため、CPU はより長い期間スリープを維持できます。通常、CPU は周辺モジュールより

多く電力を消費します。MCUが動作モードに復帰すると消費が増大します。例えば、SAM L21の消費電

力は動作時で35 µA/MHz、スリープ中で200 nAです。EVSYSを使う事で、CPUはより長い期間スリー

プ中を維持できます。ソースクロックが動作している限り、CPU がスリープ中でも周辺モジュールは動

作を継続できます。EVSYSを使う事で、MCUを復帰させる事なく周辺モジュール同士がスリープ中に通

信できます。

下図に、おおまかな消費量の比較を示します。

図 3-1. イベントシステムを使った場合と使わない場合の消費電力

EVSYS チャンネルで使うクロックと EVSYS バスクロックが無効でも、EVSYS を使うと CPU を全ての

スリープモードから復帰させられます。イベント ジェネレータによっては自身のクロックが停止してもイ

ベントを生成できます。

モータ制御アプリケーション

2 番目の例として Cortex-M0+ MCU を使った PWM によるモータ駆動アプリケーションについて検討し

ます。下図に複数の処理を実行する MCUを示します。MCUの制御は閉ループを使ったモータ速度または

トルクの制御を含んでいます。ADCはモータに流れる電流を計測するために使います。また、ADCのコン

パレータ機能を使ってフォルト条件と過電流を検出します。過電流時は、回路の損傷防止と安全上の理由

からモータを駆動しているPWMチャンネルをできるだけ早くシャットダウンする必要があります。

EVSYSを使わない場合、フォルトまたは過電流条件が割り込みをトリガしますが、CPUが他に優先度の

高いタスクを実行していると、割り込みサービス要求が割り込みレイテンシと優先度のために数サイクル

遅延する事があります。イベントシステムを使うと、ADC をタイマTCCに直接接続し、MCUの動作に関

係なく必要な操作(すなわちタイマのシャットダウン)を 2～6サイクル以内に実行できます。

シングルシャントを使う界磁制御(FOC)アルゴリズムを使うモータ制御システムでは、タイマ比較サイク

ル内の ADCによる相電流計測のタイミングが重要です。EVSYSを使うと、相電流計測を正確に開始でき

ます。

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モータ制御アプリケーションの例

図 3-2. モータ制御のブロック図

EVSYSに関連したアプリケーション ノートをリソース セクションに示します。

前述の例の通り、EVSYSには以下の利点があります。

• 予測可能なタイミング

• CPU のオーバーヘッドの低減

• 消費電力の低減

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4. 関連リソース • http://www.atmel.com/Images/Atmel-42471-SAM-L21-ADC-Sampling-using-Low-Power-

Features_ApplicationNote_AT12705.pdf

• http://www.atmel.com/Images/Atmel-42108-SAM-Events-System-EVENTS-Driver_ApplicationNote_AT03245.pdf

• http://www.atmel.com/Images/Atmel-42267-TC-Capture-on-External-Interrupt-with-the-Event-System-on-SAM-D20_ApplicationNote_AT05567.pdf

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Microchip 社のウェブサイト

Microchip 社は自社が運営するウェブサイト(www.microchip.com)を通してオンライン サポートを提供し

ています。当ウェブサイトでは、お客様に役立つ情報やファイルを簡単に見つけ出せます。一般的なイン

ターネット ブラウザから以下の内容がご覧になれます。

• 製品サポート - データシートとエラッタ、アプリケーション ノートとサンプル プログラム、設計リ

ソース、ユーザガイドとハードウェア サポート文書、最新のソフトウェアと過去のソフトウェア

• 一般的技術サポート - よく寄せられる質問(FAQ)、技術サポートのご依頼、オンライン ディスカッ

ション グループ、Microchip社のコンサルタント プログラムおよびメンバーリスト

• ご注文とお問い合わせ - 製品セレクタと注文ガイド、最新プレスリリース、セミナー/イベントの一

覧、お問い合わせ先(営業所/販売代理店)の一覧

お客様向け変更通知サービス

Microchip 社のお客様向け変更通知サービスは、お客様に Microchip社製品の最新情報をお届けするサービ

スです。ご興味のある製品ファミリまたは開発ツールに関する変更、更新、リビジョン、エラッタ情報を

いち早くメールにてお知らせします。

Microchip 社ウェブサイト(http://www.microchip.com/)にアクセスし、[DESIGN SUPPORT]メニューの下の

[Product Change Notification]からご登録ください。

カスタマサポート

Microchip 社製品をお使いのお客様は、以下のチャンネルからサポートをご利用頂けます。

• 販売代理店または販売担当者

• 各地の営業所

• 技術サポート

サポートは販売代理店までお問い合わせください。もしくは弊社までご連絡ください。本書の最後のペー

ジに各国の営業所の一覧を記載しています。

技術サポートは以下のウェブページからもご利用になれます。http://www.microchip.com/support

Microchip 社のデバイスコード保護機能

Microchip 社製デバイスのコード保護機能について以下の点にご注意ください。

• Microchip 社製品は、該当する Microchip 社データシートに記載の仕様を満たしています。

• Microchip 社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、Microchip社製品のセキュリティ レベルは、現在市場に流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。

• しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。弊社の

理解では、こうした手法は全て、Microchip社データシートにある動作仕様書以外の方法で

Microchip 社製品を使用する事になります。このような行為は知的所有権の侵害に該当する可能性が

非常に高いと言えます。

• Microchip社は、コードの保全性に懸念を抱いているお客様と連携し、対応策に取り組んでいきます。

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• Microchip 社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企業

はありません。コード保護機能とは、Microchip社が製品を「解読不能」として保証するものではあ

りません。

コード保護機能は常に進歩しています。Microchip社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組んで

います。Microchip 社のコード保護機能の侵害は、デジタル ミレニアム著作権法に違反します。そのよう

な行為によってソフトウェアまたはその他の著作物に不正なアクセスを受けた場合、デジタル ミレニアム

著作権法の定める所により損害賠償訴訟を起こす権利があります。

法律上の注意点

本書に記載されているデバイス アプリケーション等の情報は、ユーザの便宜のためにのみ提供されるもの

であり、更新によって無効とされる事があります。お客様のアプリケーションが仕様を満たす事を保証す

る責任は、お客様にあります。Microchip社は、明示的、暗黙的、書面、口頭、法定のいずれであるかを問

わず、本書に記載されている情報に関して、状態、品質、性能、商品性、特定目的への適合性をはじめと

する、いかなる類の表明も保証も行いません。

Microchip 社は、本書の情報およびその使用に起因する一切の責任を否認します。Microchip社の明示的な

書面による承認なしに、生命維持装置あるいは生命安全用途に Microchip 社の製品を使用する事は全て購

入者のリスクとし、また購入者はこれによって発生したあらゆる損害、クレーム、訴訟、費用に関して、

Microchip社は擁護され、免責され、損害をうけない事に同意するものとします。暗黙的あるいは明示的を

問わず、Microchip社が知的財産権を保有しているライセンスは一切譲渡されません。

商標

Microchip 社の名称とロゴ、Microchip ロゴ、AnyRate、AVR、AVRロゴ、AVR Freaks、BeaconThings、BitCloud、CryptoMemory、CryptoRF、dsPIC、FlashFlex、flexPWR、Heldo、JukeBlox、KeeLoq、KeeLoqロゴ、Kleer、LANCheck、LINK MD、maXStylus、maXTouch、MediaLB、megaAVR、MOST、MOSTロゴ、MPLAB、OptoLyzer、PIC、picoPower、PICSTART、PIC32 ロゴ、Prochip Designer、QTouch、RightTouch、SAM-BA、SpyNIC、SST、SSTロゴ、SuperFlash、tinyAVR、UNI/O、XMEGAは米国およびその他の国に

おける Microchip Technology Incorporated の登録商標です。

ClockWorks、The Embedded Control Solutions Company、EtherSynch、Hyper Speed Control、HyperLight Load、IntelliMOS、mTouch、Precision Edge、Quiet-Wireは米国における Microchip Technology Incorporated社の登録商標です。

Adjacent Key Suppression、AKS、Analog-for-the-Digital Age、Any Capacitor、AnyIn、AnyOut、BodyCom、

chipKIT、chipKITロゴ、CodeGuard、CryptoAuthentication、CryptoCompanion、CryptoController、dsPICDEM、

dsPICDEM.net、Dynamic Average Matching、DAM、ECAN、EtherGREEN、In-Circuit Serial Programming、ICSP、Inter-Chip Connectivity、JitterBlocker、KleerNet、KleerNetロゴ、Mindi、MiWi、motorBench、MPASM、

MPF、MPLAB Certifiedロゴ、MPLIB、MPLINK、MultiTRAK、NetDetach、Omniscient Code Generation、PICDEM、PICDEM.net、PICkit、PICtail、PureSilicon、QMatrix、RightTouch ロゴ、REAL ICE、Ripple Blocker、SAM-ICE、Serial Quad I/O、SMART-I.S.、SQI、SuperSwitcher、SuperSwitcher II、Total Endurance、TSHARC、USBCheck、VariSense、ViewSpan、WiperLock、Wireless DNA、ZENAは、米国およびその他の国におけ

る Microchip Technology Incorporated の商標です。

SQTP は、米国における Microchip Technology Incorporatedのサービスマークです。

Silicon Storage Technology は、米国以外の国におけるMicrochip Technology Inc.の登録商標です。

GestIC は、米国以外の国における Microchip Technology Inc.の子会社である Microchip Technology Germany II GmbH & Co. KG の登録商標です。

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その他の商標は各社に帰属します。

© 2017, Microchip Technology Incorporated, Printed in the U.S.A., All Rights Reserved.

ISBN: 978-1-5224-3028-5

DNV による品質管理システム認証

ISO/TS 16949

Microchip 社では、ChandlerおよびTempe(アリゾナ州)、Gresham(オレゴン州)の本部、設計部およびウェ

ハー製造工場そしてカリフォルニア州とインドのデザイン センターが ISO/TS-16949:2009 認証を取得し

ています。Microchip社の品質システムプロセスおよび手順は、PIC® MCUおよび dsPIC® DSC、KEELOQ®

コード ホッピング デバイス、シリアル EEPROM、マイクロペリフェラル、不揮発性メモリ、アナログ製

品に採用されています。さらに、開発システムの設計と製造に関する Microchip 社の品質システムは ISO 9001:2000 認証を取得しています。

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各国の営業所とサービス

北米 アジア/太平洋 アジア/太平洋 ヨーロッパ

本社 アジア太平洋支社 中国 - 厦門 オーストリア - ヴェルス 2355 West Chandler Blvd. Suites 3707-14, 37th Floor Tel: 86-592-2388138 Tel: 43-7242-2244-39 Chandler, AZ 85224-6199 Tower 6, The Gateway Fax: 86-592-2388130 Fax: 43-7242-2244-393 Tel: 480-792-7200 Harbour City, Kowloon 中国 - 珠海 デンマーク - コペンハーゲン Fax: 480-792-7277 香港 Tel: 86-756-3210040 Tel: 45-4450-2828 技術サポート: Tel: 852-2943-5100 Fax: 86-756-3210049 Fax: 45-4485-2829 http://www.microchip.com/ Fax: 852-2401-3431 インド - バンガロール フィンランド - エスポー サポート オーストラリア - シドニー Tel: 91-80-3090-4444 Tel: 358-9-4520-820 URL: Tel: 61-2-9868-6733 Fax: 91-80-3090-4123 フランス - パリ www.microchip.com Fax: 61-2-9868-6755 インド - ニューデリー Tel: 33-1-69-53-63-20 アトランタ 中国 - 北京 Tel: 91-11-4160-8631 Fax: 33-1-69-30-90-79 Duluth, GA Tel: 86-10-8569-7000 Fax: 91-11-4160-8632 フランス - サンクルー Tel: 678-957-9614 Fax: 86-10-8528-2104 インド - プネ Tel: 33-1-30-60-70-00 Fax: 678-957-1455 中国 - 成都 Tel: 91-20-3019-1500 ドイツ - ガーヒング オースティン、TX Tel: 86-28-8665-5511 日本 - 大阪 Tel: 49-8931-9700 Tel: 512-257-3370 Fax: 86-28-8665-7889 Tel: 81-6-6152-7160 ドイツ - ハーン ボストン 中国 - 重慶 Fax: 81-6-6152-9310 Tel: 49-2129-3766400 Westborough, MA Tel: 86-23-8980-9588 日本 - 東京 ドイツ - ハイルブロン Tel: 774-760-0087 Fax: 86-23-8980-9500 Tel: 81-3-6880-3770 Tel: 49-7131-67-3636 Fax: 774-760-0088 中国 - 東莞 Fax: 81-3-6880-3771 ドイツ - カールスルーエ シカゴ Tel: 86-769-8702-9880 韓国 - 大邱 Tel: 49-721-625370 Itasca, IL 中国 - 広州 Tel: 82-53-744-4301 ドイツ - ミュンヘン Tel: 630-285-0071 Tel: 86-20-8755-8029 Fax: 82-53-744-4302 Tel: 49-89-627-144-0 Fax: 630-285-0075 中国 - 杭州 韓国 - ソウル Fax: 49-89-627-144-44 ダラス Tel: 86-571-8792-8115 Tel: 82-2-554-7200 ドイツ - ローゼンハイム Addison, TX Fax: 86-571-8792-8116 Fax: 82-2-558-5932 または Tel: 49-8031-354-560 Tel: 972-818-7423 中国 - 香港 SAR 82-2-558-5934 イスラエル - ラーナナ Fax: 972-818-2924 Tel: 852-2943-5100 マレーシア - クアラルンプール Tel: 972-9-744-7705 デトロイト Fax: 852-2401-3431 Tel: 60-3-6201-9857 イタリア - ミラノ Nov i, MI 中国 - 南京 Fax: 60-3-6201-9859 Tel: 39-0331-742611 Tel: 248-848-4000 Tel: 86-25-8473-2460 マレーシア - ペナン Fax: 39-0331-466781 ヒューストン、TX Fax: 86-25-8473-2470 Tel: 60-4-227-8870 イタリア - パドヴァ Tel: 281-894-5983 中国 - 青島 Fax: 60-4-227-4068 Tel: 39-049-7625286 インディアナポリス Tel: 86-532-8502-7355 フィリピン - マニラ オランダ - ドリューネン Noblesv ille, IN Fax: 86-532-8502-7205 Tel: 63-2-634-9065 Tel: 31-416-690399 Tel: 317-773-8323 中国 - 上海 Fax: 63-2-634-9069 Fax: 31-416-690340 Fax: 317-773-5453 Tel: 86-21-3326-8000 シンガポール ノルウェー - トロンハイム Tel: 317-536-2380 Fax: 86-21-3326-8021 Tel: 65-6334-8870 Tel: 47-7289-7561 ロサンゼルス 中国 - 瀋陽 Fax: 65-6334-8850 ポーランド - ワルシャワ Mission Viejo, CA Tel: 86-24-2334-2829 台湾 - 新竹 Tel: 48-22-3325737 Tel: 949-462-9523 Fax: 86-24-2334-2393 Tel: 886-3-5778-366 ルーマニア - ブカレスト Fax: 949-462-9608 中国 - 深圳 Fax: 886-3-5770-955 Tel: 40-21-407-87-50 Tel: 951-273-7800 Tel: 86-755-8864-2200 台湾 - 高雄 スペイン - マドリッド ローリー、NC Fax: 86-755-8203-1760 Tel: 886-7-213-7830 Tel: 34-91-708-08-90 Tel: 919-844-7510 中国 - 武漢 台湾 – 台北 Fax: 34-91-708-08-91 ニューヨーク、NY Tel: 86-27-5980-5300 Tel: 886-2-2508-8600 スウェーデン - ヨーテボリ Tel: 631-435-6000 Fax: 86-27-5980-5118 Fax: 886-2-2508-0102 Tel: 46-31-704-60-40 サンノゼ、CA 中国 - 西安 タイ - バンコク スウェーデン - ストックホルム Tel: 408-735-9110 Tel: 86-29-8833-7252 Tel: 66-2-694-1351 Tel: 46-8-5090-4654 Tel: 408-436-4270 Fax: 86-29-8833-7256 Fax: 66-2-694-1350 イギリス - ウォーキンガム カナダ - トロント Tel: 44-118-921-5800 Tel: 905-695-1980 Fax: 44-118-921-5820 Fax: 905-695-2078