本初心者講座は、ルネサスエレクトロニクス社（以降、ルネサス）のArm® Cortex®-Aプロセッサ内蔵マイコン RZ/Gシリーズを初めて使うエンジニア向けの「ルネサスRZ/Gシリーズ入門講座」です。
本初心者講座のゴールは次の3つです。
- マイクロプロセッサ・RZ/Gシリーズの製品仕様、開発環境、アプリケーションを理解する。
- マイクロプロセッサ・RZ/Gシリーズの基本的な使い方を理解する。
- マイクロプロセッサ・RZ/Gシリーズの応用的な使い方を理解する。
*本講座では、マイクロプロセッサをプロセッサと称して説明いたします。
本講座は次の5回シリーズの連載で構成されます。
第１回：RZ/Gシリーズの紹介
第２回：開発環境の整備
第３回：組込みLinuxを動かしてみる
第４回：ユーザーアプリケーションを追加してみる
第５回：サブコアを使ってみる
今回は、第1回の「RZ/Gシリーズの紹介」です。「Arm Cortex-Aプロセッサ搭載マイクロプロセッサRZファミリの入門講座 第5回」では、RZファミリ全体の概要を説明しました。今回は、その中でもRZ/Gシリーズに焦点をあてて、製品シリーズとアプリケーションについて解説します。
【課題】
1. RZ/Gシリーズの位置付けを理解する。
RZファミリには5シリーズあります。その中でRZ/Gシリーズがどのような位置付けにいるかを理解します。
2. RZ/Gシリーズの各製品グループの仕様と性能を学習する。
RZ/Gシリーズは4グループあります。それぞれのグループの特長を理解し、どのような特色を持っているかを学びます。
3. RZ/Gシリーズのアプリケーションを学ぶ
RZ/Gシリーズが、どのようなアプリケーションに適用できるかを、アプリケーション別に製品グループに分けて学びます。
RZファミリコンセプトとRZ/Gシリーズの位置付け
家電・産業機器・ビル管理・電力網・交通など人々の生活に関わるあらゆるもののインテリジェント化が進み、クラウドに接続される「スマート社会」が実現されています。ルネサスエレクトロニクス（以降、ルネサス）では、現在はもとより、将来の「スマート社会」に必要なソリューションに対応可能な32および64ビットマイクロプロセッサを提供しています。それが、新世代プロセッサのRZファミリです。
RZファミリを使うと、高性能CPUコアと様々なアクセラレータおよび周辺機能により、エンジニアはITネットワークとの連携や高解像度のヒューマン・マシン・インタフェース（以降、HMI）、組み込みビジョン、組み込み人工知能およびタイミングコントロールと産業用イーサネット接続を簡単に実装できます。
図1にRZファミリのロードマップを示します。製品シリーズは、大きく5シリーズに分けられます。RZ/Vシリーズ、RZ/Nシリーズ、RZ/Tシリーズ、RZ/Gシリーズ、RZ/Aシリーズです。
これまでに各シリーズで、新製品の開発が行われ、品揃えは十分であることは判りますが、さらに新製品が計画されています。RZファミリは2013年に公開されたRZ/Aシリーズからスタートしました。本講座で取り扱うRZ/Gシリーズは2015年に第一世代が公開され、第二世代、第三世代とラインアップを増やし、2025年には10周年を迎えるシリーズとなります。
図1：RZファミリ ロードマップ
図2には、それぞれのシリーズが特化している高性能アプリケーションを示します。簡単に述べると、RZファミリの各シリーズは、高性能アプリケーションに特化したプロセッサと言えます。
図2：高性能アプリケーションに特化した汎用プロセッサ
本講座では、この中の「マルチメディア / 3D グラフィックス」と「Linux」に特化したRZ/Gシリーズを取り上げて解説します。
「マルチメディア/3Dグラフィックス + Linux」ならRZ/Gシリーズ
（1）概要
RZ/Gシリーズは、高度なグラフィックス、ビデオエンジン、高速インタフェースを備えたArm® Cortex®アーキテクチャに基づくマルチコアのプラットフォームです。
産業オートメーション、ビルディングオートメーションHMI、産業用カメラ、およびゲートウェイアプリケーションに最適です。
RZ/Gシリーズには、次の4グループがあります。
- RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2ULグループ
- RZ/G2H、RZ/G2M、RZ/G2N、RZ/G2Eグループ
- RZ/G3Sグループ
- RZ/Fiveグループ
各グループの概要を表1にまとめます。
表1：RZ/Gシリーズの概要
（2）RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2ULグループ
RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2ULグループには、次の3つの特長があります。
- HMIシステムに求められる機能を1チップに集約。
- システムに必要な周辺機能を搭載してBOMコストを低減。
- スケーラビリティを生かした開発効率の向上。
《特長1》
産業機器向けのHMIシステムに求められる機能を1チップに集約したプロセッサです。フルHD表示対応の出力、カメラ入力、ギガビット・イーサネット2ch、CAN-FD 2chなどをサポートしています。
図3：HMIシステム向けの機能を集約
《特長2》
システムに必要な周辺機能を搭載しているので、BOMコストを低減できます。サブCPUとしてCortex-M33を搭載し、さらに最適化された電源ICによりシンプルな電源システムを実現しています。BOMコストの削減だけでなく、部品点数の削減による調達リスクを低減することで開発、生産をサポートします。
図4：周辺機能搭載でBOMコストを低減
《特長3》
3つ目の特長は、「スケーラビリティを生かした開発効率の向上」です。製品間で搭載IPを完全共通化しているので、ソフトウェア互換性があり、お客様の製品展開が容易に実現できます。また、ピン互換性により基板設計の効率向上が可能です。
図5：スケーラビリティを生かした開発効率の向上
詳細は、 こちらを参照してください。
（3）RZ/G2H、RZ/G2M、RZ/G2N、RZ/G2Eグループ
RZ/G2H、RZ/G2M、RZ/G2N、RZ/G2Eグループには、次の3つの特長があります。
- HMIシステムをさらに高機能化。
- 製品間のピン互換性により、設計基板の流用が可能。
- 高い信頼性, 産業機器への対応。
《特長1》
RZ/G2H、 RZ/G2M、 RZ/G2N、 RZ/G2Eグループは、産業機器向けのHMIシステムに求められる機能を１チップに集約したプロセッサです。RZ/G2H、RZ/G2M、RZ/G2N、RZ/G2Eグループを使うと、HMIシステムをさらに高機能化することができます。
ARMv8-A 64bit CPUと強力なグラフィックエンジン（PowerVR® 3D Graphicsエンジン）および4Kビデオエンジン（H.265 Playback、H.264 Recoding/Playback）、さらにカメラ入力、高速通信（ギガビット・イーサネット、PCIe、USB3.0）機能で、他の組み込み64bit プロセッサよりも高いコスト/性能バランスを提供します。
図6：HMIシステムの高機能化を実現
《特長2》
製品間のピン互換性により、設計基板の流用が可能です。2CPUから8CPUまで幅広い性能をカバーできる製品展開が容易で、開発期間を短縮し、開発効率の向上を図れます。
図7：ピン互換によるスケーラビリティ
《特長3》
アプリケーションソフトウェアのミスを軽減、解消するためにECC機能付きL1キャシュやL2キャッシュを搭載しています。さらに、ギガビット・イーサネット、2ch CAN-FDを搭載しています。
詳細は、 こちらを参照してください。
（4）RZ/G3Sグループ
RZ/G3Sグループには、次の3つの特長があります。
- 5G世代の無線モジュールとの高速接続。
- Linuxの高速起動による低電力スタンバイモード。
- 高い信頼性と堅牢なセキュリティ機能。
《特長1》
最初に挙げるのは、5G世代の無線モジュールとの高速接続を可能にするPCI Expressです。独立した電源ドメインを使用して3つの電力モードで消費電力を最適化します。そして、産業機器向けのCAN-IF、システム内のアナログデータを取り込む12bit ADCでよりコンパクトな設計が実現できます。
図8：5G世代の無線モジュールとの高速接続
《特長2》
2つ目の特長は、Linux の高速起動による低電力スタンバイモードです。独立した電源ドメインの3つの電力モードで消費電力を最適化します。
1つ目は、100mWクラスのスタンバイを実現するAWO_DDR_Retention modeです。2つ目は1mW未満の電力でディープスタンバイを実現するVBATT_DDR_Retention modeです。そして、3つ目は10uW未満の電力でシステムを守るVBATT modeです。
さらに、Linux アプリケーションへの迅速な復帰を可能にするDDRセルフリフレッシュ機能をサポートしています。
図9：多彩な低電力スタンバイモード
《特長3》
3つ目の特長は、高い信頼性と堅牢なセキュリティ機能です。uWクラスの待機電力でRTC機能とタンパ（改ざん）検知を実現します。そして、セキュアブート/TrustZone/セキュアデバッグをサポートし、アプリケーションソフトウェアを保護します。
図10：高い信頼性と堅牢なセキュリティ機能
RZ/G3Sグループについての詳細は、 こちらを参照してください。
（5）RZ/Fiveグループ
RZ/Fiveグループには、次の3つの特長があります。
- RISC-VのISAを採用。
- RZ/G2ULグループのピン互換製品
- IoTエッジ機器向けプロセッサ
《特長1》
RZ/Fiveグループは、Open Instruction Set Architecture（ISA）RISC-Vを採用したエントリークラスのプロセッサです。RISC-VのISAは誰でも使用でき、複数のIPベンダーによってサポートされています。
図11：Open Instruction Set Architecture RISC-Vの採用
《特長2》
RZ/Fiveグループは、RZ/G2ULグループのピン互換製品なので、同一の周辺機能IPを採用することでRISC-VとArmコア、どちらのCPUにも対応する製品開発を可能にします。
BSP（Board Support Package）はルネサスから提供されています。Linux上のソフト開発は同一の開発環境、開発手順で行うことが可能です。
図12：ARM、RISC-V間の移行を容易に実現
ただし、RZ/FiveはIoTゲートウェイにフォーカスしているので、カメラ、ディスプレイのI/Fがありません。
図13：RZ/G2ULとRZ/Fiveの比較
《特長3》
IoTエッジ機器向けとして、1GHz 64bit CPU, ギガビット・イーサネット 2ch、CAN-FD 2ch、USB2.0 2ch、ADC 2chを搭載し、様々なセンサのデータを収集するデータコレクタ、ホームセキュリティ向けのゲートウェイなどに最適です。
図14：様々なセンサのデータを収集するアプリケーションのゲートウェイ
詳細は、 こちらを参照してください。
RZ/Gシリーズのアプリケーション
この章では、アプリケーション側から見た最適なRZ/Gシリーズの製品を紹介します。アプリケーションのニーズとRZ/Gシリーズの仕様から、どのような用途に適応できるかを解説します。
（1）HMIシステム
RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2ULグループは、産業機器向けのHMIシステムに求められる機能を1チップに集約したプロセッサです。RZ/G2Lを使ったHMIのシステム例を図15に示します。フルHD対応表示出力、カメラ入力、高速メモリ DDR4/3L、通信I/F（USB2.0、ギガビット・イーサネット 2ch、CAN）などが活用できます。
図15：HMIシステム例（RZ/G2Lグループ）
高機能なHMIシステムにはRZ/G2H、M、Nグループが最適です。図16にシステム例を示します。2画面表示出力（4K + HD）、カメラ入力、高速メモリLPDDR4、高速通信I/F（PCIe、USB3.0、ギガビット・イーサネット）などが活用されています。
図16：高機能HMIシステム例（RZ/G2H、M、Nグループ）
RZ/G2Eグループでは、RZ/G2NまでのCPU性能を必要としないシステムにおいても、フルHD出力や高速通信I/F搭載を実現することができます。
図17：高機能HMIシステム例（RZ/G2Eグループ）
（2）ゲートウェイシステム
ゲートウェイシステムには、RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2UL、RZ/Fiveグループが最適です。
図18にシステム例を示します。
図18：ゲートウェイシステム例（RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2UL、RZ/Five）
ゲートウェイを応用したアプリケーションにソーラーインバータシステムがあります。これもRZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2UL、RZ/Fiveグループで実現できますので、システム例を図19に示します。
図19：ソーラーインバータシステム例（RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2UL、RZ/Fiveグループ）
様々なセンサのデータを収集するデータコレクタ、ホームセキュリティなどのIoTエッジ機器向けのゲートウェイに、RZ/Fiveグループは対応可能です。RZ/Fiveグループを使ったシステム例を図20に示します。
図20：IoTエッジ機器向けシステム例（RZ/Fiveグループ）
（3）セキュリティシステム
具体的な用途ではありませんが、セキュリティ機能も重要なアプリケーションなので、紹介します。
RZ/G3Sグループには、強化されたセキュリティ機能があります。改ざん検知機能やセキュア ブート/TrustZone/セキュアデバッグをサポートしてアプリケーションソフトを保護するシステム構成例を図21に示します。
図21：セキュリティシステム構成例（RZ/G3Sグループ）
RZ/Gシリーズの仕様一覧
最後に、RZ/Gシリーズの、それぞれのグループの仕様を表2～4に示します。
表2：RZ/G3Sグループの仕様一覧
表3：RZ/G2L、RZ/G2LC、RZ/G2ULグループの仕様一覧
表4：RZ/G2H、RZ/G2M、RZ/G2N、RZ/G2Eグループの仕様一覧
RZ/Fiveグループについては図13を参照してください。
「第1回：RZ/Gシリーズの紹介」は、以上です。RZ/Gシリーズの仕様・性能やアプリケーション例から、どのようなコンセプトで開発されたシリーズか、お分かりいただけたと思います。
さらに詳しく知りたい方はルネサスの RZ/GシリーズのWebを参照してください。
次回は「第2回：開発環境の整備」です。統合開発ツールや評価用ボードについて解説いたします。
