RL78

RL78 ファミリマイクロコントローラ
一般情報
発売	2010年; 14年前
製造中止	現在
共通メーカー	ルネサスエレクトロニクス;
パフォーマンス
最大CPU クロックレート	32kHz～40MHz
データ幅	16
アドレス幅	20
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
命令数	74(RL78-S1)、; 75(RL78-S2)、; 81(RL78-S3)
物理的仕様
コア	1;
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つの8ビットレジスタまたは4つの16ビットレジスタペアを備えていますが、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命令のうち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で構成されます。

20ビットプログラムカウンタPC
16 ビットのスタックポインターSP。これは常に 2 バイト境界に揃えられます。
8ビットのプログラムステータスワードPSW。これにはキャリーフラグ（減算時の借用ビット）、補助キャリーフラグ、ゼロフラグが含まれますが、負のフラグやオーバーフローフラグは含まれません。前者はアキュムレータの最上位ビットで直接分岐できるため不要ですが、後者がないと符号付き比較がやりにくくなります。PSWには割り込み有効ビット（IEビット）も含まれており、 NMIを除いて割り込みが有効（IE=1）か無効（IE=0）かを制御します。^[4]
2 つの 4 ビットセグメントレジスタについては以下で説明します。

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 64 KB (0xF0000 ～ 0xFFFFF) に配置され、データアクセスはデフォルトでその領域に設定されます。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、上位 4 つのアドレスビットは特別な「追加セグメント」レジスタから取得される必要があることを示します。

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 即時)
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: プレフィックスはオプション)
A、[HL+C] (A ← A op [HL+C]、ES: プレフィックスはオプション)

対照的に、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設定されます。制御転送命令 (ジャンプと呼び出し) 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」レジスタの連結が使用されます。8086 マイクロプロセッサとは異なり、個別の近距離および遠距離の戻り命令はなく、すべてのサブルーチン呼び出しは完全な 20 ビットの戻りアドレスをプッシュします。

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には 3 段階の命令パイプラインがあります。ほとんどのモデルには、すばやく選択できる 4 つのレジスタバンクがあります。

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。

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、それぞれに固有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
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、血糖値測定器、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に制約のあ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} やブラシレス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[1]}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登場した最初の新しいMCUであり、NEC 78K0R（150nm MF2フラッシュプロセス）とルネサステクノロジR8Cマイクロコントローラの機能を組み込んでいます。RL78コアバリアントには、NEC 78K0Rコアから進化したS1、S2、およびS3タイプのコアが含まれます。基本的なS1コアは74の命令をサポートし、S2コアはレジスタバンキングを追加して75の命令をサポートし、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の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]、 Renesas CS+（旧CubeSuite+）、^[10]^[16]、 Renesas 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。Renesas CS+ IDEはデバッグ専用で無料で使用でき、標準のELF実行ファイルをサポート^しています。Renesas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、データフラッシュにウェアレベリングと堅牢性を追加するためのEEPROMエミュレーションライブラリ（EEL）も用意されています。アプリケーションのニーズに合わせて、標準のT01タイプ、"Tiny" T02タイプ、"Pico" T04タイプ（DFLのみ）など、さまざまなクラスのDFLとEEL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]を製造しており、サードパーティではLauterbachやiSystems [ ²⁴ ]などが製造しています。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（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が、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。

バリエーション

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、さまざまなデバイスがあります。 ^[30]

RL78/G13

RL78/G13 は、+/- 1% 精度のオンチップ発振器、ウォッチドッグタイマー、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、多機能タイマーアレイを統合しており、ハードウェアにIEC 60730安全サポートも組み込まれています。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、非常に低い電力レベルで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。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を統合した 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適したサブマイクロコントローラとしての使用を目的としています。

RL78/G14

2012年にRL78ファミリに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、8チャネル）
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、2チャンネル）
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、照明システムを制御するために 2012 年に導入され、このデバイスは RL78/I1A と名付けられました。特別なPWMタイマーなどのデバイスの特定の機能により、電源の力率補正による微調整、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イス制御用の統合通信機能が提供されます。RL78/I1A のアプリケーションには、ビルディングオートメーション、LED ドライバー、照明制御、蛍光灯安定器、非常照明、HID安定器、デジタル電源、低コストのインバータ制御などがあります。

RL78/L12

LCD駆動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 には、35 セグメント x 8 または 39 セグメント x 4 の LCD 駆動機能が統合されています。分割コンデンサ、容量性チャージポンプ、または外部分割抵抗の 3 つの LCD 駆動方法を使用できます。分割コンデンサ方式では、3V で 0.6uA の低電力 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、ダイシュリンク、コア速度の高速化 (32MHz)、オンチップデバッグ機能の改善、新しい周辺機器、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て、オリジナルの NEC 78K0R/Fx3 デバイスに代わるものです。アプリケーションノート r01an2639ej は、78K0R/Fx3 から RL78/F1x に移行する際のガイドとして使用できます。

参照

参考文献

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外部リンク

技術情報
- 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
- ユーザーガイド: Renesas RL78 向け IAR Embedded Workbench | IAR Systems
- Renesas RL78/G13 デモキットのハンズオンレビュー | Digikey 記事ライブラリ
- Renesas RL78 向け Bluetooth 低エネルギー SDK | GitHub | Nordic Semiconductor Playground

ルネサス公式サイト:
- RL78ファミリー
- RL78 クイックソリューション

プレスリリース
- 2010 年 11 月 17 日: 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しい RL78 マイクロコントローラファミリを発表 | ルネサスエレクトロニクス
- 2020年3月：ルネサスエレクトロニクス、新しいRL78/G14高速プロトタイピングボードを発表| ルネサスエレクトロニクス

[Business_Wire_2010-1] 「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しい 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。

[Matsui_2013-2] 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上の対称プリミティブの広範なパフォーマンス分析」( 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の講義ノート。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。

[Dean_2012-3] Dean, Alexander G.; Conrad, James M. (2012). Renesas RL78 マイクロコントローラを使用した高速で応答性に優れたエネルギー効率の高い組み込みシステムの作成( 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)

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