RL78
RL78ファミリマイクロコントローラ
一般情報
発売2010 （2010年）
製造中止現在
共通メーカー
パフォーマンス
最大CPUクロックレート32 kHz～40 MHz
データ幅16
アドレス幅20
物理的仕様
コア
  • 1
アーキテクチャと分類
応用組み込み、家電、自動車
マイクロアーキテクチャRL78-S1（8ビット）、RL78-S2（16ビット）、RL78-S3（16ビット）
命令セットRL78ファミリー
命令の数74(RL78-S1)、75(RL78-S2)、81(RL78-S3)
歴史
前任者78K0R

RL78ファミリは、ルネサスエレクトロニクスが2010年に発表した組み込み用マイクロコントローラ向けの16ビットCPUコアである。 [ 1 ]

建築

RL78ファミリは、アキュムレータベースのレジスタバンクCISC命令セットアーキテクチャ（ISA）です。[ 2 ] 8ビットレジスタを8つ、または16ビットレジスタペアを4つ備えていますが、基本的にすべての算術演算は1つのアキュムレータ（AレジスタまたはAXレジスタペア）で実行されます。基本的なISAは78K0Rから継承されており、80命令中75命令は同じです。20ビット（1メガバイト）のアドレス空間。[ 3 ]

特殊目的レジスタは次のものから構成されます。

データアドレス指定は主に16ビットで、すべてのRAMと特殊機能レジスタはアドレス空間の上位64KB（0xF0000～0xFFFFF）に配置され、データアクセスはデフォルトでこの領域に対して行われます。アドレス空間の他の領域へのアクセスには、「ES」プレフィックスオペコードが使用されます。これは、上位4ビットのアドレスが特別な「エクストラセグメント」レジスタから取得されることを示します。

基本的な 2 オペランド ALU 演算は次の形式で行われます。

  • A、#immediate (A ← A op immediate)
  • A、レジスタ（A ← A opレジスタ）
  • レジスタ、A (レジスタ ← レジスタ op A)
  • A, addr8 (A ← A op [addr8]、範囲は特殊機能レジスタに限定されます)
  • A, addr16 (A ← A op [addr16], ES: プレフィックスはオプション)
  • A, [HL] (A ← A op [HL], ES: 接頭辞はオプション)
  • A, [HL+バイト] (A ← A op [HL+バイト], ES: プレフィックスはオプション)
  • A, [HL+B] (A ← A op [HL+B], ES: 接頭辞はオプション)
  • A, [HL+C] (A ← A op [HL+C], ES: 接頭辞はオプション)

一方、コードアドレスは、ROMが配置されているアドレス空間の下位部分にデフォルトで設定されます。制御転送命令（ジャンプ命令とコール命令）では20ビットのアドレスを指定できますが、間接制御転送では16ビットのレジスタアドレスと4ビットの「コードセグメント」レジスタの連結を使用します。8086マイクロプロセッサとは異なり、ニアリターン命令とファーリターン命令は別々に用意されておらず、すべてのサブルーチン呼び出しは20ビットのリターンアドレス全体をプッシュします。

アーキテクチャは一貫してリトルエンディアンであり、すべてのマルチバイト値は最下位バイトに表示されます。

マイクロアーキテクチャ

RL78ファミリプロセッサは3段命令パイプラインを備えています。ほとんどのモデルには、高速に選択可能な 4つのレジスタバンクが搭載されています。

RL78 には、次の 3 つのマイクロアーキテクチャバリアントがあります。

μ-アーチアルミレジスター説明書パイプライン述べる文書
RL78-S316ビット8× 8ビット ×4バンク81 (75+6)3段階μアーチ変異体[ 5 ] : 8
RL78-S216ビット8× 8ビット ×4バンク753段階
RL78-S18ビット8×8ビット（バンクなし）74（75勝1敗）3段階
78K0R16ビット8× 8ビット ×4バンク80（75+5）3段階直接の前身であるExtended 78K/0[ 6 ] : 18
78K0S8ビット8×8ビット（バンクなし）47なし簡体字 78K/0[ 7 ]
78K08ビット8× 8ビット ×4バンク48なし基本78K/0コア[ 8 ]

アプリケーション

RL78は機械システムの制御やユーザーインターフェースの幅広い応用分野をカバーしています。[ 9 ]

グループ化

RL78 ファミリはいくつかのグループに分かれており、それぞれに独自の命名規則があります。

  • G1x: 汎用[ 1 ]
  • L1x:セグメントLCDコントロール用[ 10 ]
  • I1x: 主に産業用途
  • F1x: 自動車用
  • D1x: 自動車顧客専用に特別に設計

アプリケーション例

RL78は、大型家電（洗濯機、衣類乾燥機、食器洗い機、冷蔵庫、エアコンなど）、小型家電（電動工具、掃除機、コーヒーメーカーなど） 、医療機器（電動歯ブラシ、血糖測定器、ホルター心電図など）などの民生用電子機器に適しています。また、工場自動化インフラ（センサー、ゲージ、アクチュエータなど）[ 11 ] や省エネ（スマートメーター、インバータコンプレッサー、照明制御システムなど）にも使用されています。

自動車業界では、低消費電力でサイズが制限されるアプリケーションに、CAN、LIN、IEBusなどのRL78の車載専用通信インターフェース[ 12 ]：4 とブラシレスDC電動モーターソリューションが最適です。[ 13 ] 一部の製品では、105°C（221°F）、125°C（257°F）、150°C（302°F）の3つの特別グレードの最大周囲温度が利用可能です。[ 14 ]：2

歴史

RL78（130nm MF3フラッシュプロセス）は、NECエレクトロニクスとルネサステクノロジの合併により誕生した新会社ルネサスエレクトロニクスから初めて発表された新しいMCUであり[ 1 ] 、NEC 78K0R（150nm MF2フラッシュプロセス）とルネサステクノロジのR8Cマイクロコントローラの機能を統合しています。RL78コアの派生型には、NEC 78K0Rコアから進化したS1、S2、S3タイプのコアがあります。基本的なS1コアは74命令をサポートし、S2コアはレジスタバンキングを追加して75命令をサポートし、S3コアはオンチップ乗算器/除算器/倍数累算器を追加して81命令をサポートします。

RL78 は、極めて低消費電力でありながら高度に統合されたマイクロコントローラ アプリケーションに対応するために開発されました。この目的のために、コアは「スヌーズ モード」と呼ばれる新しい低消費電力動作モードを提供しました。このモードでは、ADCまたはシリアル インターフェイスを特定の条件を満たすようにプログラムして、デバイスを 0.52uA の極めて低消費電力の STOP モードから起動することができます。

ソフトウェアと開発ツール

RL78 ファミリは、さまざまなハードウェアおよびソフトウェア開発ツールでサポートされています。

コンパイラとIDE

GNUコンパイラコレクション、[ 15 ] ルネサスCS+（旧CubeSuite+）、[ 10 ] [ 16 ] ルネサスe2 studio （ Eclipseベース）、[ 17 ] IARシステムズのコンパイラおよび開発環境 [ 18 ] [ 19 ]が 利用可能です。ルネサスCS+ IDEはデバッグ専用で無料で利用でき、標準のELF実行ファイルをサポートしています。ルネサスが定義したRL78 ABIは、 IARのV2以降のコンパイラと互換性があります。

リアルタイムオペレーティングシステム

リアルタイムオペレーティングシステムとしては、CMX Systems, Inc.のCMX-RTX、[ 19 ] Micrium, Inc.のμC/OS-IIおよびMicroC/OS-III、[ 19 ] ITRON OS、Segger Microcontroller SystemsのembOS、FreeRTOS、ChibiOS/RTがサポートされている。

コード生成ツール

ルネサスはAPPLIcation LEading Tool（Applilet）という無料のコード生成ツールを提供しています。[ 20 ]

フラッシュROMプログラミングライブラリ

ルネサスは、コードフラッシュライブラリ（CFL）[ 21 ] とデータフラッシュライブラリ（DFL）[ 22 ]という、無料のセルフプログラミングライブラリを提供しています。また、データフラッシュメモリには、ウェアレベリングと堅牢性を高めるための EEPROMエミュレーションライブラリ（EEL）も用意されています。DFLとEELには、標準のT01タイプ、"Tiny" T02タイプ、そして"Pico" T04タイプ（DFLのみ）など、アプリケーションのニーズに合わせて様々なクラスが用意されています。

インサーキットエミュレータ

オンチップデバッガやフルスペックインサーキットエミュレータを提供している企業は数多くあります。ルネサスはオンチップデバッガ[ 23 ]を製造している ほか、サードパーティのLauterbachやiSystems[24]も製造しています。ルネサス[ 25 ] とiSystems [ 26 ]はフルスペック インサーキットエミュレータを供給しています。

オンチップデバイスプログラミングツール

デバイスのプログラミングは、オンチップデバッグポートを使用するか、デバイスの特別なシリアルプログラミングモードを使用することで実現できます。ルネサスは、ルネサスフラッシュプログラマ（RFP）[ 27 ] とスタンドアロンプ​​ログラマであるPG-FP5 [ 1 ] [ 28 ] およびPG-FP6 [ 29 ]を介してデバッグツールによるシリアルプログラミングモードをサポートしています 。一方、いくつかのサードパーティは、独自のデバイスプログラマでRL78をサポートしています。

変種

RL78ファミリには、16Kバイトのフラッシュメモリを搭載した20ピンから512Kバイトのフラッシュメモリを搭載した128ピンまで、幅広いデバイスがあります。 [ 30 ]

RL78/G13

RL78/G13は、+/- 1%精度のオンチップオシレータ、ウォッチドッグタイマ、RTC、パワーオンリセット、低電圧検出、26チャネルの10ビットADC、16x16乗算器、32/32除算器、I2C、CSI/SPI、UART、LIN、多機能タイマアレイ、そしてハードウェアによるIEC 60730安全規格サポートを統合しています。これらの要素を組み合わせることで、システム設計者は、マイクロコントローラへの高度な統合により、非常に低い消費電力と低コストで動作する高性能（41DMIPS）システムを実現できます。[ 31 ] [ 32 ]

RL78/G12

G12 は、2012 年に導入された G13 の小型バージョンです。RL78 /G12 は、20、24、30 ピンのパッケージで導入され、2 KB ～ 16 KB の小型フラッシュ メモリを搭載していますが、+/- 1% 24 MHz 発振器、リセット回路、低電圧検出回路、ウォッチドッグ タイマー、バックグラウンド操作によるデータ フラッシュなどの G13 機能を提供し、機能安全、A/D コンバータ テスト機能を備えたオンチップを備えています。

この小型デバイスは、小型家電製品や一般民生用電子機器などに用いられるサブマイコンとしての利用を想定しています。

RL78/G14

2012年にRL78ファミリーにG14という追加製品が導入されました。[ 33 ] このデバイスは、RL78/G13よりも高速な処理が可能な追加の乗算、除算、乗算累算命令、2チャンネル8ビットD/A、2チャンネルコンパレータ、およびタイマーアレイを含む、より高いレベルの統合を提供し、モーター制御アプリケーションに適しています。

  • 多機能タイマーアレイユニット（TAU）：
  • エンコーダ機能付きタイマーアレイ
  • タイマーアレイユニット（16ビット、8ch）
  • インターバルタイマー（12ビット、1ch）
  • ウォッチドッグタイマー（17ビット、1チャネル）
  • 完全なリアルタイムカレンダー機能
  • モーター制御タイマー（16ビット、8ch）
  • 位相タイマー（16ビット、2ch）
  • I/Oタイマー（16ビット、1チャネル）

RL78/I1A

RL78コアの特定用途向けバージョン（ASSP）は、照明システム制御用に2012年に導入され、RL78/I1Aと命名されました。専用PWMタイマーなどのデバイス固有の機能により、電源の力率補正機能を備えた微調整調光、照明シーケンス、色温度制御が可能になります。さらに、DALI、DMX512、複数のセンサーおよびユーザーインターフェース制御用の統合通信機能も提供されています。RL78/I1Aの用途には、ビルディングオートメーション、LEDドライバ、照明制御、蛍光灯安定器、非常照明、HID安定器、デジタル電源、低コストインバータ制御などがあります。

RL78/L12

LCD駆動機能 付きマイクロコントローラシリーズ

2013年初頭に量産開始予定の RL78/L12は、 35セグメント×8または39セグメント×4のLCD駆動機能を内蔵しています。分割コンデンサ、容量性チャージポンプ、外付け分割抵抗の3種類のLCD駆動方式に対応しています。分割コンデンサ方式では、3V駆動時に0.6uAという低消費電力のLCD駆動を実現できます。セグメントピンごとに機能（セグメントまたはI/O）を選択でき、ガラスとパネルの両方を駆動できます。

RL78/F1x

車載用マイクロコントローラ

RL78 F12、F13、F14、F15デバイスは、ダイサイズの縮小、コア速度の高速化（32MHz）、オンチップデバッグ機能の向上、新しいペリフェラル、安全機能、パッケージおよびメモリオプションの拡張など、多くのアップデートを施し、オリジナルのNEC 78K0R/Fx3デバイスを置き換えました。アプリケーションノートr01an2639ejは、78K0R/Fx3からRL78/F1xへの移行ガイドとしてご利用いただけます。

参照

参考文献

  1. ^ a b c d「ルネサス エレクトロニクス、次世代8/16ビット組み込みアプリケーション向けソリューションを提供する新RL78マイクロコントローラファミリを発表」 Business Wire（プレスリリース）ルネサス エレクトロニクス2010年11月17日
  2. ^松井充、村上由美子 (2013年3月11日). 「ソフトウェア実装のミニマリズム：RL78マイクロコントローラにおける対称プリミティブの詳細な性能分析」(PDF) .高速ソフトウェア暗号化. 第20回国際ワークショップ, FSE 2013. コンピュータサイエンス講義ノート. 第8424巻. シンガポール. pp.  393– 409. doi : 10.1007/978-3-662-43933-3_20 . ISBN 978-3-662-43933-3。
  3. ^ Dean, Alexander G.; Conrad, James M. (2012).ルネサスRL78マイクロコントローラを用いた高速、高応答、高エネルギー効率の組み込みシステムの構築(PDF) . 1290 Weston Road, Suite 306 Weston, FL 33326 USA: Micrium Press. ISBN 9781935772989。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
  4. ^ 「78K0Rマイクロコントローラ ユーザーズマニュアル：命令」 p. 14。2023年11月29日閲覧。
  5. ^ルネサス公式: RL78ファミリ ユーザーズマニュアル: ソフトウェア. ルネサス エレクトロニクス.
  6. ^ ルネサス公式: 78K0Rマイクロコントローラ ユーザーズマニュアル: 命令集. ルネサス エレクトロニクス.
  7. ^ ルネサス公式: 78K/0Sシリーズ用命令集. ルネサス エレクトロニクス.
  8. ^ ルネサス公式: 78K/0シリーズ用命令集. ルネサス エレクトロニクス.
  9. ^ ルネサス公式:ルネサス マイクロコントローラ RL78 ファミリ. ルネサス エレクトロニクス.
  10. ^ a b SHASHI KIRAN K (2017年4月16日). 「Renesas RL78シリーズマイクロコントローラのプログラミング手順」 . YouTube .
  11. ^ Hemachandra, S.; Kiran, TKS Ravi; Prasad, B. Gowri; Mazhar, SM (2014年4月). 「ルネサスマイクロコントローラを用いた加速度計ベースのロボット制御」(PDF) . International Journal of Modern Engineering Research : 40– 48.
  12. ^ ルネサス公式: RL78/F15 ユーザーズマニュアル: ハードウェア. ルネサス エレクトロニクス.
  13. ^ ルネサス公式：ルネサスオートモーティブ：RL78ブラシレスDCモーターソリューション。ルネサス エレクトロニクス。
  14. ^ ルネサス公式: RL78/F13、F14 ユーザーズマニュアル: ハードウェア. ルネサス エレクトロニクス.
  15. ^ 「GNU コンパイラ コレクション (GCC) の使用: RL78 オプション」。gcc.gnu.org 。
  16. ^ 「CS+（旧CubeSuite+）」ルネサスエレクトロニクス.
  17. ^ “e²スタジオ” .ルネサス エレクトロニクス。
  18. ^エミリオ、マウリツィオ・ディ・パオロ（2014年）『高速データ収集・制御のための組み込みシステム設計』 Springer. ISBN 9783319068657。
  19. ^ a b c「ルネサス エレクトロニクス アメリカ、RL78マイクロコントローラ ファミリのエコシステムを拡張」。Business Wire。2011年5月2日。
  20. ^ 「AP4、Applilet」。ルネサス エレクトロニクス。
  21. ^ 「コードフラッシュライブラリ（フラッシュセルフプログラミングライブラリ）」ルネサスエレクトロニクス。
  22. ^ 「データフラッシュライブラリ」。ルネサス エレクトロニクス。
  23. ^ 「オンチップデバッガー」 .ルネサス エレクトロニクス.
  24. ^ 「オンチップ アナライザー (デバッグとトレース) - iSYSTEM - より安全な組み込みシステムの実現」www.isystem.com。
  25. ^ 「RL78ファミリ用IECUBE」ルネサスエレクトロニクス。
  26. ^ 「ターゲット適応 - iSYSTEM - より安全な組み込みシステムの実現」www.isystem.com。
  27. ^ 「Renesas Flash Programmer（プログラミングGUI）」 .ルネサス エレクトロニクス.
  28. ^ 「PG-FP5」 .ルネサス エレクトロニクス.
  29. ^ 「PG-FP6」 .ルネサス エレクトロニクス.
  30. ^ ルネサス公式: RL78マイクロコントローラのパンフレット。ルネサス エレクトロニクス。
  31. ^ 「低消費電力アプリケーション向けルネサスRL78 | Circuit Cellar」 . Circuit Cellar . 2012年4月9日.
  32. ^ Donovan, John (2013-01-16). 「Renesas RL78G13キットのハンズオンレビュー | DigiKey」 . www.digikey.jp . Digi-Key Electronics.
  33. ^ 「ルネサス エレクトロニクス、リアルタイム制御機能を強化した新型RL78マイクロコントローラを発表」 Business Wire 2011年6月23日

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