応用組み込み電子工学

第2章 システムの設計 システムをアーキテクトする

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この章（）では、システムの重要な部分をボックスレベルで定義し、コアにデジタル制御を実装する方法を論じ、デジタル制御ユニット（DCU）の基準を詳細に見ていく。マイクロコントローラー（MCU）を選択する手順についても概説している。後の章では、他のボックスの内部回路について詳述する。

ここで取り上げられるトピックは以下の通りである：

• ほぼデジタル」システムとは何か

• DCUが使用される場所

• 複数のDCU装置が必要な場合

• DCU、MCU、マイクロプロセッサー（MPU）の違い

• フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、複合プログラマブルロジックデバイス（CPLD）、特定用途向け集積回路（ASIC）などの代替DCUメソッド

• デジタル信号処理（DSP）とストリーミング・データの専門メソッド

• データポートのボトルネックを回避する方法

この章では、後の章で詳しく検討する多くのトピックに触れている。これらのトピックはアーキテクチャの議論に影響するため、読者が特定のアーキテクチャ戦略を理解するために、簡単に定義する必要がある。すべての設計に適用する必要がある、いくつかの予備的なアイデアとメソッドから始める。

予備的なアイデア

ここでは、成功する市販品へのアプローチを定義することが重視される。ある共通の考えを最初に明確にしておく必要がある。

シミュレートまたは構築する

一般的に、組み込みコントローラシステム全体の完全なシミュレーションを作成する必要はない。デジタル・コントローラのコードは、統合設計環境（IDE）内で何度もシミュレーションして、制御信号が正しく機能するようにするが、それらの制御信号によって作られる周辺関数をシミュレーションしようとすることは、おそらく必要ない。

システムが システム・オンチップ（SoC）デバイスで構成されている場合、最初のビルドを作成するために周辺回路をシミュレートする必要は一般的にない。その作業は、SoCデバイスの集積回路（IC）設計者が行っている。IC設計とプリント基板（PCB）設計では、優先順位とメソッドが大きく異なる。ICの場合、正確な設計シミュレーションを追求することは理にかなっている。ICの製造には、時間とコストの両方がかかる（FDI: Twomey, 2014）。

しかし、 、第一世代のPCBを作るのは低コストですぐにできる。実製品はデバッグのために設計者の手に渡るので、デバイスのシミュレーションは不要である。シンプルなペリフェラルのセットを持つMCUの場合、もう一つの選択肢は開発/デモボードである。これらは、ほとんどのMCUメーカーから最小限のコストで入手でき、設計者はすぐに「ハンズオン」できる。

スルーホール/リード部品 (廃止予定)

プリント基板の穴（）を貫通するピンやワイヤーを持つ回路部品は、手作業で組み立てる人やホビイストの使用に適している。しかし、これらのスルーホールデバイスは リード部品とも呼ばれ、自動組立や高周波回路には適していない。また、リード部品は表面実装部品等価性よりもはるかに大きくなる傾向がある。

他に選択肢がない場合を除き、リード部品の使用は強く推奨されない。商業的な設計では、組立コストの低減、高周波性能の向上、実装の小型化のために、表面実装部品を使用すべきである。