組み込み制御システムの設計と検証は、ますます複雑になっています。 エンジニアは、シミュレーションツールと実機ハードウェアの両方を扱いながら、リアルタイム性能、システム安全性、開発スピードのバランスを取らなければなりません。 モデルベース開発（MBD）は、アルゴリズムを早期にシミュレーション、テスト、改善できるため、こうした課題の解決に役立ちます。 設計検討の初期段階でアルゴリズムをモデリングし、合成データに基づいて結果をシミュレーション・可視化することで、システム設計に対する信頼性を高めることができます。これは、従来の試作中心の開発フローと比べて、後工程で問題が発生するリスクを低減することにもつながります。
ルネサスでは、MathWorks®とのパートナーシップにより、MathWorksが開発したSimulink®の新しいアドオンとして、Embedded Coder Support Package for Renesas RA Microcontrollers（MCU）およびEmbedded Coder Support Package for RH850 MCUが、MATLAB® R2026aリリースの一部として提供開始されたことをお知らせします。 これらのサポートパッケージは一般にハードウェアサポートパッケージ（HSP）と呼ばれ、Simulinkモデルを、対応するルネサスRAおよびRH850マイクロコントローラへ直接デプロイできるようにすることで、アルゴリズム開発から組込み実装への移行を円滑にします。
モデルベース開発とは？ なぜ活用すべきなのか？
モデルベース開発（MBD：Model-Based Design）は、Simulink上で複雑なシステムを設計し、物理的な試作機を作る前にシミュレーションやテストを行うための、数学的かつ視覚的な手法です。 産業オートメーション、ロボティクス、自動車工学など幅広い分野で活用されています。
たとえば、新しい 一体型の洗濯乾燥機システムを 開発するエンジニアは、各運転サイクルでどのモータが作動するのか、洗濯物の量や種類（重い寝具と軽い夏服など）の違いによってシステム挙動がどう変化するのか、そしてメインのドラムモータを効率的に駆動するにはどうすべきか、といった点を考慮する必要があります。 同様に、 電動アシスト自転車（e-bike）の 駆動系を開発する場合も、モータの駆動制御、ブレーキインタフェース、ライト制御、さらに路面状況や天候条件によって変化するトラクション挙動などを考慮しなければなりません。
モデルベース開発がなければ、これらの多くのテストは実機ハードウェアや試作機で実施する必要があります。 その場合、設計を変更するたびにハードウェアを作り直して再評価しなければならず、コストと開発期間の両方が増大します。
一方、Simulink上でシステムをモデリングしシミュレーションすることで、設計プロセスの早い段階から、さまざまな負荷条件やシナリオにおける性能を評価できます。 その結果、設計の手戻りを減らし、コストを削減するとともに、市場投入までの期間を短縮できます。
モデルベース開発から実機ハードウェアへ
組み込みシステムにおいて、モデルベース開発（MBD）の真の価値は、検証済みのモデルを量産対応の実機ハードウェアへ展開できるときに発揮されます。 ここで、モデリングツールとマイコンの緊密な統合が重要になります。
多くの開発は、次のようなアプリケーション分野から始まります。
- モータ制御（産業機器、HVAC、ロボティクスなど）
- 車載システム（xEV、モーションコントロール、パワートレイン、ゾーン／ドメインコントローラなど）
- リアルタイム制御アプリケーション
これらのアプリケーションでは、リアルタイム動作を深く理解し、MCUリソースを効率的に活用するとともに、シミュレーションで検証したアルゴリズムが実機上でも期待どおりに動作するという確信を持つことが求められます。
ルネサスMCU向けMathWorksハードウェアサポートパッケージ
シミュレーションと組み込み実装のギャップを埋めるために、MathWorksはルネサスRAおよびRH850 MCU向けに、2種類の専用ハードウェアサポートパッケージを提供しています。具体的には、 Embedded Coder Support Package for Renesas RA Microcontrollers と Embedded Coder Support Package for RH850 Microcontrollersです。 これらのHSPにより、Simulinkモデルを、対応するルネサスデバイス上で直接実行・テスト・デプロイできます。
これらのHSPは、RA6T2モーター制御MCUやRH850/U2A車載MCUデバイスのサポートから開始され、高いリアルタイム性と性能が求められるアプリケーションにおいて、アルゴリズム主導の開発を進めるための理想的な導入手段となります。
MathWorksのハードウェアサポートパッケージには、以下の機能が含まれます：
- ルネサスRA Smart Configurator（RA向け）およびサードパーティ製MCALツール（RH850向け）を活用し、Simulinkモデルを周辺機能設定に接続するオンチップ周辺機器ブロック
- 自動ビルドおよびデプロイにより、 生成したアルゴリズムとドライバコードの手動統合作業を不要化
- 量産対応のANSI/ISO Cコードを自動生成し、 、コーディング作業よりも機能実装に注力可能
- プロセッサ・イン・ザ・ループ(PIL)検証 により、モデルと生成コードの数値的な等価性を保証し、通常のシミュレーション結果とPILシミュレーション結果を容易に比較可能 さらに、プロファイリングによりコントローラ上での実行時間やメモリ使用量を把握可能
これにより、アルゴリズム設計とシミュレーションから、検証、デプロイまでを単一のモデルベース開発フローで一貫して進めることができます。
開発フロー
システムレベルから着手する
システムレベルから開発を始める場合、たとえば「何個のモータを駆動する必要があるか」「コントローラがどのコンポーネントやサブシステムと接続する必要があるか」といった要求仕様が固まった後、多くのエンジニアはそれに基づいてシステムアーキテクチャの参照や構築へ進みます。 ルネサスの ウィニング・コンビネーション システムブロック図 は、エンジニアがシステムの挙動や制御戦略の検討に集中できるよう、出発点となるフレームワークを提供します。 これらのシステムブロック図から、Simulinkのようなモデルベース開発環境へ容易に移行できます。
たとえば洗濯機や乾燥機システムでは、モータコントローラはメインのドラムモータを駆動しながら、バルブ、センサ、安全関連コンポーネントとも連携する必要があります。 システムブロック図をガイドとして活用することで、これらのサブシステムをSimulink上にマッピングし、RA6T2などのデバイスに搭載されるMCU周辺機能（A/Dコンバータ（ADC）、PWM、汎用入出力（GPIO）、割り込みなど）に関連付けて設計できます。
システム挙動の評価とチューニング
システムと周辺回路をモデリングした後、エンジニアはSimulinkを使用してリアルタイム信号を監視し、制御パラメータを直接調整できます。 Monitor and Tuneモードでモデルを実行することで、さまざまな動作条件下でのシステム挙動を観察し、コントローラのゲインなどの設定を変更できます。変更内容は即座にハードウェアへ反映されます。 このアプローチにより、変更のたびにコードを再ビルドする必要がなくなり、チューニング作業を大幅に効率化できます。
たとえば洗濯機や乾燥機の用途では、ドラムモータは、軽い負荷・重い負荷・偏った負荷といった洗濯物重量の違いや、回転加速（スピンアップ）時の負荷移動など、条件が変化しても安定かつ予測可能に動作する必要があります。ゲインなどのパラメータは、RA6T2のようなコントローラがこれらの変化に対してどの程度積極的に応答できるかを決定します。 Simulink上でゲインパラメータをモデリングして調整することで、ゲインが低すぎる場合に重い負荷によってモータ応答が遅れたり回転数が低下したりしていないか、あるいはゲインが高すぎる場合に小さな誤差に対して過剰に補正してしまっていないかなどを把握できます。
プロセッサ・イン・ザ・ループ（PIL）による設計検証
アルゴリズム開発とシミュレーションの後には、プロセッサ・イン・ザ・ループ（PIL：Processor-in-the-Loop）検証を用いて、生成されたコードがターゲットとなるルネサスプロセッサ上で正しく実行されることを確認できます。 このステップでは、コンパイルされたコードが実際のMCU上で動作し、その挙動をシミュレーション結果と比較します。 PIL検証により、実行タイミング、メモリ使用量、数値的な挙動を評価でき、ソフトウェアモデルと実機検証のギャップを埋めることができます。
ルネサスハードウェアへのデプロイ
PIL検証が完了すると、エンジニアはモデルをルネサスの開発ボードへ直接デプロイできます。 MathWorksのハードウェアサポートパッケージを使用すれば、Simulinkからワンクリックでコード生成とデプロイを実行でき、 RA6T2 MCU向けFlexible Motor Control Kit や RH850/U2Aスタータキットなどのプラットフォームでの迅速なプロトタイピングが可能になります。
まとめと参考情報
MathWorksのハードウェアサポートパッケージを活用すれば、エンジニアはSimulink環境で複雑な組み込みシステムを設計し、効率的にRenesasデバイスに展開できます。 このモデルベース開発フローにより、開発の手戻りを減らし、問題を早期に検出し、アルゴリズム設計から量産ハードウェアへの移行を加速できます。
まずは、 RA6T2 または RH850/U2A の開発ボードを確認し、適切なMathWorksハードウェアサポートパッケージをダウンロードして、モデルベースによるモータ制御開発を今すぐ始めてみてください。
