揭开在RZ诞生之前瑞萨的秘密及目标

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与新生的瑞萨真诚沟通。揭开在RZ诞生之前瑞萨的秘密及目标。

2013年6月,瑞萨电子(以下简称“瑞萨”)将搭载了ARM®的Cortex™-A9核的微处理器--“RZ族”的第一波产品实现了产品化,即“RZ/A1群”的“RZ/A1H”、“RZ/A1M”及“RZ/A1L”等共计15种产品。通过内置大容量的RAM,提供实现了产品的高性能及低系统成本的无需DRAM的解决方案。而且,RZ/A1H及RZ/A1L的10种产品已经出样。销售目标是到2015年6月为止售出100万个。本文就RZ族产品的开发背景及产品魅力、以及APS的读者所关心的SH单片机的继承性的问题进行了采访。

定位于高端的新家族产品

Yoshio Sato

Yoshio Sato

Industry & Netwrok Platform Marketing Department Industry & Network Solutions Business Division

在白色家电、工业及医疗设备用的面板、OA设备、自动贩卖机、以及音响设备等搭载了多个单片机的系统中,对于人机界面(HMI:Human Machine Interface)的需求越来越高。智能手机的普及使得人们对于在画面上轻拂、触摸、滑动等类似智能手机的画面操作的需求也持续高涨。而且,为了缩短生产周期及降低成本,对于有效的解决方案(turnkey solution)的需求也越来越高。

满足这种需求的两大重要组成部分是:高性能的单片机和良好的软件。硬件的高性能化可通过定制芯片来实现,但是在目前的“多品种,小批量”的生产情况下,采用高性能单片机的事例正越来越多。

这就是瑞萨决定将ARM处理器用于产品阵容上的理由之一。瑞萨的ARM处理器即“RZ族”产品即是将瑞萨新一代的16位单片机“RL78”和32位的中频(Middle Range)单片机“RX”、以及车载单片机的新的家族产品--“RH850”定位为高端产品的新的产品家族。

“在将控制和IT进行融合时,由于瑞萨的内核在某些领域具备很强优势,所以可根据需要将瑞萨内核和ARM内核区分使用,我认为,这样做也为客户带来益处。”(山本先生)。

RZ族产品的目标是:成为强化了连接性能的高端产品或大规模/高速数据流(Data Stream)产品等的高性能的应用程序。因此,这些产品的软件也将变得很大的。如果软件的比重过大,将必然要求更加丰富的生态系统。

RZ族产品出现后,瑞萨单片机的内核数量也有所增加。“其实重要的不是内核的种类,而在于它是否是适合用于客户所需求的解决方案的内核。例如,即使内核不同但是在外围设备相同的情况下,使用起来并没有很大的不同。另外,除了内核以外,开发环境、编译器、OS等对开发也产生极大地影响。所以,即使瑞萨的单片机中采用了ARM内核,我们同时也准备了可使产品和以往的产品一样放心安全使用的使用环境。”(佐藤先生)。

拥有10年间出厂约8亿个ARM内核产品的骄人业绩

其实瑞萨与ARM的合作由来已久,至今已有10年的合作经验了。2003年在多处理器的事业领域中结成了战略合作伙伴的关系,并进行了ARM11多芯片处理器的共同开发。之后,还在此技术的基础上,与ARM推进了Cortex-A9 MP的共同开发。

瑞萨在ASIC及ASSP产品方面,具有在10年中出厂约8亿个ARM内核产品的骄人业绩,对于ARM来说,瑞萨也是其一大主顾。“在面向便携设备的芯片方面,瑞萨也具有很多骄人业绩,而且在进行RZ族产品的开发之后,公司内部并未出现过抗拒感。而且,由于公司内部还有针对ARM内核的技术支持团体及设计团队,所以很早以前就已实现了信息共享。”(千叶先生)。

从读者的角度来看,可能会有“瑞萨的内核对抗ARM内核”这样的感觉,但实际上,瑞萨的单片机家族中仅需加上ARM内核便可增加客户的可选择项目。“其中,可能有些人会问「SH系列产品已不再进行开发了吗?」,对此我们的回答是:今后我们仍对以SH产品为首的既有产品内核进行研究开发,所以请您不必为此担心。”(山本先生)。

Hiroshi Yamamoto

Hiroshi Yamamoto

Automotive Solutions 3rd Department Automotive Solutions Business Division


单片机中多为采用了Cortex-M系列内核的产品,但是瑞萨为什么一定要采用Cortex-A9呢?“为了使其发挥出与SH-2A内核同等的性能,就必须使其具备超标量(superscalar)功能。而且,通过运用NEON功能,便可提高产品的图像处理及音频处理能力并提高产品的魅力。”(佐藤先生)。另外,Cortex-A9还具有很好的市场销售实绩,其成熟的生态系统也是我们选择它的理由之一。

“跟SH-2A内核相比,似乎Cortex-A9的安装面积更大,但如果具备瑞萨一样的安装能力的话,我们也可使Cortex-A9具备和SH-2A内核一样的低功耗及小安装面积的功能。”(大岛先生)。

内置10MB的SRAM,解决各种问题

Satoshi Chiba

Satoshi Chiba

Product Management Department 3 Industry & Network Solutions Business Division

RZ族产品最大的特点就是内置了10MB的SRAM。经瑞萨调查,至2013年6月为止,内置10MB的SRAM为目前世上最大容量的SRAM。另外,瑞萨的产品中,内置RAM的有:内置RAM为10MB 的RZ/A1H、5MB的RZ/A1M、3MB的RZ/A1L,其中,10MB的RZ/A1H和3MB的RZ/A1L已经出样完毕。搭载如此大容量的RAM,是瑞萨产品最令人骄傲的亮点。“这是我们在认真听取了客户关于设置外置DRAM以解决各种问题的意见之后才决定进行开发的。”(佐藤先生)。

推进外置DRAM,将会面临功耗问题、噪声问题、主板设计难度的提高、需确保对于外置RAM的总线带宽、以及需设置专用电源等问题,这些因素都将导致成本增加。而且,面向嵌入式系统的中等容量/中速的通用DRAM的供货保证以及价格变动等,也给客户带来了很大的负担。

“如果是大订单客户则可以与存储器生产商进行交涉,但如果是小订单客户,并不能消除供货链何时就断掉了的那种不安。在不能保证存储器的稳定供应的情况下,将不可避免地影响到产品的制造工序,有时甚至会使公司面临生死存亡的威胁。”(佐藤先生)。对于系统来说,存储器是非常重要的器件,所以应该尽量避免供货链的不稳。

“在进行了大量地讨论怎样才能让更多的客户安心地进行产品开发这个问题时,认为应该采用大容量RAM的看法在单片机业界占了压倒性的优势。例如,即使在单芯片单片机中,RAM的容量至少也有512 K 字节,而外置DDR的产品中最小也有1G字节左右的容量。目前市面上的产品中,RAM容量为3M或5M字节左右的容量刚合适的产品很多。但是,对于单芯片单片机来说,这个容量是不足于作为RAM容量的。”(佐藤先生)。

灵活运用大量的外围设备资产

RZ/A1H和RZ/A1M中,内置了本公司产的OpenVG图形引擎器。“如果将之与内置了同样引擎器的SH7269进行比较,RZ/A1H和RZ/A1M的性能提高了2~10倍。」(佐藤先生)。如果是对外置存储器进行存取的结构,就很容易受到总线宽度的影响。对于RZ族的内置RAM进行存取时,由于AXI总线为多层/多存储库的结构,所以无需担心总线带宽的不足。据报道,如果将这种结构与外置RAM的结构进行比较,内置RAM的结构性能可提高1.5倍及以上。也就是说,RZ/A1虽然是以400MHz的频率运行的,但实际上可实现相当于600MHz左右的性能。

即使处理器的内核不同,但是如果是同样的外围设备,使用时就不会存在很大的差异。“瑞萨拥有很多的外围设备资产。RZ族就是选出了其中最合适的产品组合而成的。该系列产品不但反映了潜在客户的意愿,而且是在听取了销售员的心声后才开发出来的。”(大岛先生)。顺便多说一句,这里所说的主要的潜在客户是指从事汽车音响、车载显示器及面板等工业领域的客户、内部通信系统以及娱乐系统等方面的客户。

而且,我们还备有评价主板。“瑞萨产的主板类型非常丰富,但是我们计划今后为合作伙伴更为合理的产品。”(佐藤先生)。合作伙伴的评价主板价格一般为不到一万日元至几万日元左右。搭载了ARM内核的评价主板有Raspberry Pi,瑞萨计划今后将提供同样概念(concept)的评价主板。

图:瑞萨制的评价主板(左) 和Computex制的评价主板(右)

图:瑞萨制的评价主板(左)和Computex制的评价主板(右)

最早支持Cortex-M系列的CMSIS-RTOS RTX

在考虑嵌入式系统时实时操作系统(Real-time OS)占据非常重要的位置。“在就RTOS进行意见听取时,我们听到了不同地区的人们说出的不同的实时操作系统的名称。”(佐藤先生)。

因此,我们更加深切地感受到了力求API共通化的CMSIS-RTOS RTX所提倡的概念(concept)。“与ARM共同决定CMSIS-RTOS RTX的规格,然后再由瑞萨对于ARM所移植(porting)的系统进行评价”(沓间 (Kutsuma) 先生)。

顺便说明一下:CMSIS-RTOS RTX是由无产品版税的BSD许可源代码所提供的实时操作系统,它被捆绑在ARM的纯参考软件开发工具套件即ARM® evelopment Suite(DS-5™)及DS-5 Starter Kit for RZ/A1中。

CMSIS-RTOS RTX原本是Cortex-M系列产品的实时操作系统。后来通过使CMSIS-RTOS RTX支持搭载了Cortex-A9的RZ族产品,对于不满足于Cortex-M系列产品功能的一些用户来说,这绝对是非常好的解决方案。

Yutaka Oshima

Yutaka Oshima

Musashi Front End Design Department System Integration Business Division

关于生态系统,共有41家公司是我们的合作伙伴。“几乎所有的公司之前都与我们有过合作关系,对瑞萨来说,这也是一笔巨大的资产。”(佐藤先生)。今后,我们生态系统的合作伙伴仍将不断增加,而且对有些产品已经提供了技术支持。面向瑞萨特约销售店的培训活动中,招聘生态系统的合作伙伴,或者瑞萨作为生态系统合作伙伴之一参加活动等,我们还计划通过联合推广等方式积极推进各种交流活动。

负责瑞萨的应用产品的团队是瑞萨的独资子公司--- Renesas Solutions Corp.(以下简称“Renesas Solutions”)。“我们与合作伙伴及工具提供商一起,对软件进行全方位考虑。”(沓间 (Kutsuma) 先生)。另外,我们还构筑软件平台,目前,与汽车音响、图形处理以及通信等领域的顾客共同推进软件平台的构建工作。“Renesas Solutions与全球的合作伙伴一起,携手推进软件开发,为缩短顾客的产品开发周期(TAT)作出自己的贡献。而且,我们会尽量满足客户的要求。”(沓间 (Kutsuma) 先生)。

即使无DRAM也可以最大的WXGA尺寸显示

Yasu Kutsuma

Yasu Kutsuma

Technology Development Department 2 Application Engineering Division 4 Renesas Solutions

RZ族产品的目标是RAM容量在512K字节至10M字节的应用程序。如果RAM的大小为10M字节,便可在无外置DRAM的情况下构筑HMI系统(该HMI系统具备最大显示为WXGA(1280×768像素)的显示器)。

“内置帧缓冲区后便可搭载实时操作系统及中间件软件。也就是说,将在执行程序指令时的指令代码或2D图形处理等HMI所需的大容量的图像数据仅需通过存储器便可进行处理,所以不再需要外置DRAM。”(佐藤先生)。

另外,还可用于监视摄像机或2D代码扫描仪等方面的照相应用程序。另外,我们还希望能用于在无显示的应用程序中,如智能仪表的网关、数据通信模块等只需10MB字节以下的RAM大小便已足够的应用程序中。“RZ/A1搭载了标准的接口,所以也可用作简单的通用单片机。”(佐藤先生)。

瑞萨在高速闪存单片机方面也引领着行业的发展,该系列产品和现在的RZ族产品的关联性如何呢?“瑞萨的高速闪存工艺在200MHz左右的MCU领域占有很高的市场份额。但是,在需要进行某种程度以上的处理时的HMI等程序中,200MHz的处理能力不够也是不争的事实。所以,在该带域常使用SoC,对此,瑞萨通过最先进的工艺,以RAM为基础进行单片机开发,为了覆盖该带域而开发出了RZ族产品。”(山本先生)。

也就是说,对于闪存单片机还是像以前一样地进行研发,但是产品阵容中新增了搭载有大容量RAM的RZ族产品。

灵活运用Cortex-A9

随着ARM内核的广泛普及,以及加入单片机生产阵列的壁垒的降低,多数半导体供应商都提供了MCU产品。

“瑞萨电子在MCU方面占有很高的市场份额,并提供多种产品。至今为止已推出了高端的SH4内核及MIPS内核产品,这些产品大多搭载在ASSP或SoC产品上,而非用于一般产品。这次在搭载了ARM内核的RZ族实现了产品化后,便可将通用的高性能MPU提供到顾客手中。”(千叶先生)。

而且,在搭载有高性能的Cortex-A9的同时,还可构筑无散热片的系统。“而在此之前,从没有厂家将Cortex-A9引入MCU领域的。也就是说,这是一种可使Cortex-A9的性能和MCU一样便于使用且可灵活运用的芯片。”(佐藤先生)。

采访的最后,佐藤先生说到:“我们的目标是要做到即使在秋叶原(注:日本有名的电器街)等也能够买到我们的产品。为了使小订单客户到大订单客户皆可长期安心地使用我们的产品,不仅在瑞萨官网上准备了Application Note(应用说明)供用户下载,还通过使用低成本的评价主板,使您可以很轻松将之用于兴趣爱好或学习方面。而且,我们还计划今后与杂志等联合进行联动企划。”

RZ族产品是至今为止唯一一个灵活运用Cortex-A9的微处理器,它具有改变今后嵌入式系统存在方式的潜力。