プログラマブル・ロジックを集積したSHマイコンのすべて（前編）　――FPGA/PLD市場に参入する日立製作所の取り組み

山崎尊永

技術解説 2002年1月21日

1．マイコンを使うシステム設計のアプローチ

　組み込み用マイコンを使ってシステム設計を行う場合，一般に次の三つのアプローチがある（図1（1）～（3））．

組み込み用マイコンと標準ロジックICによる設計
組み込み用マイコンとFPGA/PLDによる設計
ASICによる設計

　これらのどのアプローチを取るかは，それぞれのシステムの機能仕様，動作周波数，消費電力，生産数量，過去の資産（ハードウェア，ソフトウェア）などを考慮して，通常，設計者が決めていく（場合によっては政治的圧力で決まる？）．しかし，そこにはつねに葛藤があるのではないだろうか？図1に挙げたそれぞれの設計形態の利害得失を表1にまとめた．

〔図1〕システム設計の各種形態
システム設計の方法として考えられる形態を示す．マイコンの外部に標準ロジックICやFPGA/PLDを接続して実現する場合と，ASICを開発する場合がある．なお，（3）のASICによる設計において，すべてを1チップのASICにせず，ユーザ論理を入れたASICをマイコンの外部に接続するケースもある．今後は，（4）のマイコンやASICの内部にFPGAやPLDなどのプログラマブル・ロジックを入れる方法も重要になる．

〔表1〕システム設計形態とその利害得失

システム設計の形態	長　所	短　所
（1）組み込み用マイコンと標準ロジックICによる設計	部品の入手が容易技術情報が豊富 ICEなどのソフトウェア開発環境が整備されている低消費電力	システム仕様に合ったマイコンがないそのため，外付け部品が増え，基板面積が増えるコスト大
（2）組み込み用マイコンとFPGA/PLDによる設計	特殊機能をFPGA/PLDで容易に組める開発期間を短縮できる外付け部品を削減できる　部品の入手が容易技術情報が豊富	FPGA/PLDチップの分，基板面積増加 FPGA/PLD内に，マイコンとのバス・インターフェースを組み込む必要がある FPGA/PLD内の論理規模が増大すると動作速度が低下するマイコンとFPGA/PLDそれぞれの開発環境を整える必要がある FPGA/PLDは消費電力が比較的大きい
(3) ASICによる設計	低コスト大規模なシステムLSIを実現可　高速動作低消費電力	開発工数が多い（機能設計，機能検証，タイミング検証，レイアウト設計，テスト）開発期間が延びやすい開発費用が高い微細化（0.13μmルール以下）により，マスク代やレチクル代など，ウェハ前工程の費用が増大→開発費用の回収のためには，大規模な生産数量が必要
(4 ) FPGA/PLD内蔵マイコンや FPGA/PLD内蔵ASICによる設計	特殊機能をFPGA/PLDで容易に組める　開発期間を短縮できる　外付け部品を削減できる部品の入手が容易，在庫管理が容易技術情報が豊富 FPGA/PLD内にバス・インターフェース回路を組み込み済み高速動作 開発費用低減，低コスト，基板面積小出荷後の保守や機能変更が容易	消費電力はFPGA/PLDと同等マイコンとFPGA/PLDを統合した開発環境が必要

tag: CPU, FPGA

システム設計の形態	長　所	短　所
（1）組み込み用マイコンと標準ロジックICによる設計	部品の入手が容易技術情報が豊富 ICEなどのソフトウェア開発環境が整備されている低消費電力	システム仕様に合ったマイコンがないそのため，外付け部品が増え，基板面積が増えるコスト大
（2）組み込み用マイコンとFPGA/PLDによる設計	特殊機能をFPGA/PLDで容易に組める開発期間を短縮できる外付け部品を削減できる　部品の入手が容易技術情報が豊富	FPGA/PLDチップの分，基板面積増加 FPGA/PLD内に，マイコンとのバス・インターフェースを組み込む必要がある FPGA/PLD内の論理規模が増大すると動作速度が低下するマイコンとFPGA/PLDそれぞれの開発環境を整える必要がある FPGA/PLDは消費電力が比較的大きい
(3) ASICによる設計	低コスト大規模なシステムLSIを実現可　高速動作低消費電力	開発工数が多い（機能設計，機能検証，タイミング検証，レイアウト設計，テスト）開発期間が延びやすい開発費用が高い微細化（0.13μmルール以下）により，マスク代やレチクル代など，ウェハ前工程の費用が増大→開発費用の回収のためには，大規模な生産数量が必要
(4 ) FPGA/PLD内蔵マイコンや FPGA/PLD内蔵ASICによる設計	特殊機能をFPGA/PLDで容易に組める　開発期間を短縮できる　外付け部品を削減できる部品の入手が容易，在庫管理が容易技術情報が豊富 FPGA/PLD内にバス・インターフェース回路を組み込み済み高速動作 開発費用低減，低コスト，基板面積小出荷後の保守や機能変更が容易	消費電力はFPGA/PLDと同等マイコンとFPGA/PLDを統合した開発環境が必要

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