エンジニア目線で一刀両断！そのIoTプロトタイ …マイコンとのI/F I2Cなのか？SPIなのか？マイコン内部のADCで良いのか？外付けにADCを使うのか？な

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そのIoTプロトタイプって量産できますか？

エンジニア目線で一刀両断！

あなたの素敵なアイデアを埋もれさせないために知っておくべき設計のポイント


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Agenda

• APSの紹介

• キーワード別• Arm vs RISC-V

• IoT周りあるある

• センサー/シリアル通信/通信

• PoC/仕様/バッテリー

• AI

• 予告

• ブース案内

• まとめ


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APSのご紹介


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APSの主な取り組み

様々な媒体を通して、技術コンテンツを発信しているメディア

Web マガジンセミナー


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数字で見るAPS

セミナー招待者

WEBユーザ

マガジン購読者マガジン購読者

13,000

セミナー招待者

150

WEB

50,000 / 月


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APS-WEB毎月5万人以上のエンジニアが最新情報を求めてアクセスする技術コンテンツメディア。

APS初心者講座

Arm Cortex-M/M7/Aを中心とした、CPUコアをじっくり学べるコンテンツ

APS実験室

Armマイコンの使い方から、IoTや組み込みAIといった幅広い技術までカバーする実験室。


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APS Magazine

1万2千人の読者が定期購読しているAPSマガジン（フリーペーパー）およびAPS-WEBにインタビュー記事を掲載。

さらにマガジン発行後に行われるAPS SUMMIT（ユーザー限定セミナー）にて、講演および展示を行い、直接ユーザーとコンタクトする機会も創出します。

https://www.aps-web.jp/magazine/

https://www.aps-web.jp/apss/2017sep/


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APS セミナー

エンジニア限定セミナー

「APS Summit」

製品やソリューションを紹介するセミナーを開催。ターゲットに則した集客や当日のイベントサポートはもちろん、弊社エンジニアによるセミナーコンテンツの制作やイベント当日の登壇も可能です。また後日データ化しAPS-WEBで展開することで、より多くのユーザーへ展開することも可能です。


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こんな人が見ています

42%

14%

11%

8%

7%

5%

5%4%

4%

FA

Consumer

PC

Automotive

Software Vendor

COMM

Medical

EMS

Others

14%

17%

23%

28%

6%

12%

Processor H/W

Processor S/W

Microcontroller H/W

Microcontroller S/W

Support

Others

Industry

Occupation


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キーワード別“素敵なアイデア”を活かすテクニック


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課題：実は、課題がない


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IoTエッジ端末開発に求められる要素技術

出典「IPA 組込みソフトウェアに関する動向調査」https://www.ipa.go.jp/files/000065314.pdf page 54

https://www.ipa.go.jp/files/000065314.pdf


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IoTサービス対象


BtoBからBtoCへIoT化の流れが牽引



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IoTエッジ端末開発に求められる現状の課題


エンジニアの育成が課題



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どうすればいい？

ワイヤレス

センサー

長期バッテリ

コスト

PoC

クラウド連携

設置環境、運用環境？


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1

2

3

課題に対するアプローチ

ハンズオンセミナーやインターネットなど、積極的に活用する

評価ボードや既存のライブラリを徹底的に活用する

とにかく動かして、最短距離を目指す！


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IoT端末で行うこと

入力処理出力

• センサー• 加速度• 温度• などなど

• データ処理• パケット化

• UI(LEDやLCD)• 通信


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構成は難しくない

IoTエッジシステム

ワイヤレス

データ処理

センサー

これまでの組み込みシステム

出力

処理

入力

アプローチは、同じです。


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IoT3つのステージアプローチ

動くことが重要データ収集

設置環境電源の確保バッテリ連続安定稼働

製造面メンテナンス運用

実証実験ステージ（PoC) 試作ステージ（PP) 量産ステージ（MP)


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arm vs RISC-V


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Arm® Cortex-M®とRISC-Vの比較

ざっくり言うと・・・ざっくり言うと・・・

• 1.25DMIPS / Hz• ライセンス• 豊富な開発環境• 日本語による豊富な資料

• 1.61DMIPS /Hz• オープンソース• オープン系のツール• 英語のコミュニティが多数

arm


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RISC-VとSiFiveを紹介

ざっくり言うと・・・ざっくり言うと・・・

• MIPSをベースとしたCPUアーキテクチャー• CPUコアのRTLがオープンソース• GCCやLLVM/Clangのコンパイラに対応• 主要半導体ベンダが多数参画

• RISC-Vをシリコン化したUSのベンダー• Arduino互換の評価ボードを提供• 統合開発環境「Freedom Studio」を提供• Linux / OSX / Winで動かせる！


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で、どっちにする？ Arm vs RISC-V

APSなら

• Arm Cortex-M編/M7編

• Arm Cortex-Mベースのプラットフォームを使用した実験動画や導入時のポイントをやさしく解説しています。

• RISC-V

• 初心者講座で、コアの解説から、ビルドする手順までエンジニア目線で解説しています。


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センサーを正しく扱えていますか？


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どっちにする？アナログ vs シリアル

アナログ出力タイプ• 高精度な計測が可能• ADCが必要。ここの精度も必要

シリアル出力タイプ• I2CタイプとSPIタイプ• ラインナップはベンダー依存

共通

• アルゴリズムは、ほとんどの場合、自分で作る必要がある SPIタイプアナログタイプ


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主なセンサーの種類センサー名

温湿度温度センサー、湿度センサー

位置加速度センサー、ジャイロセンサー、磁気セン

サーなど（IMU含む）

光 ToF、カラーセンサーなど

ガス/環境 CO2ガスセンサー、煙センサーなど

圧力気圧センサー

生体レーダーセンサー、フォトダイオードなど

I2C ・ SPI

ADCが必要

アナログ信号タイプ

デジタル信号タイプ


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センサーを使う時の課題

マイコンとのI/FI2Cなのか？SPIなのか？マイコン内部のADCで良いのか？外付けにADCを使うのか？など

設置環境温度による誤差や、ケース内およびバッテリの発熱など、高精度なデバイスほどシビアにデータとなって現れます。

基準となる精度「たかが1LSB、されど1LSB」ということもあります。内蔵ADCによっては、12/16ビットで精度が異なります。


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センサーを使う方法

オンボードのセンサーを動かしましょう。(搭載されていれば、一番簡単に評価できます。)

色々な場所に置いてみましょう。ケースに入れたり、バッテリーで動かすことで、分かることがたくさんあります。

精度や期待値など検証しましょう案外データが荒いなぁと思うことがあるかもしれません。より良い製品にするにも、精度の検証は必要です。


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シリアル通信にまつわる「あるある」


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データが読み書きできない！


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1

2

3

データが読み書きできない時の3step

デバイスが通電されていない。

デバイスのデータが、プルアップされていない。

ワイヤーが断線している。


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通信にまつわる「あるある」


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どの通信方式にすればいいのか、結果的にわからない。


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ワイヤレスの規格データレート

通信距離

WLAN

LoRA / SigFox

Sub-GHz

Wi-SUN

BluetoothBLE / ANT / ANT+

ZigBee EnOcean

Zwave

1ｍ 10ｍ 100ｍ 1Km

100Mbps

10Mbps

1Mbps

100Kｂｐｓ

10Kbps

1Kbps

・ZigBee Green Power・Wireless HART・ISA 100

3G/4G/LTE

Ethernet


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通信方式の選択で、迷った時の7step

1. 有線（Ethernet/UART/USB）か無線（UART/SPI/I2C）

2. 無線の場合は、技適の有無

3. モジュール化されているか？

4. 通信するデータ量

5. 通信費

6. プロトコル方式と、ソフトウェアコードサイズ

7. 使っている開発環境でのサンプルコードの有無


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PoCにまつわる「あるある」


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PoCの結果、デバイスを変更した途端、動かなくなる。


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3

デバイス変更に負けない体質への3step

日頃から、データシートに目を通しておく

ドライバがあるからといっても、どうのように作ってあるか理解しておく

精度や電気的特性も、しっかり理解してからデバイスを選びましょう。


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サイズを小さくできない。


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IoTエッジ端末の代名詞？

• 入手性抜群

• 仕様実績多数

• ちょこっと動かすには十分

だったら・・・

ArduinoとRaspberry Pi


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ArduinoやRaspberry PiならOK?

Arduino

メモリ少なくないですか？

量産いけます？

Raspberry Pi

Linuxですよ？

起動遅くないですか？

CPU4コアも必要？

そもそも省電力じゃないですよね？

このまま最終製品に仕上げますか？


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サイズ感の違い


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3

評価ボードに負けない体質への3step

1枚のボードで収まるようにボード設計をしましょう。

電源は、GNDはとっても大事です。ESD対策も早めに！

コンパクトにボードを作れば、デザインの自由度が上がります。


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仕様概要にまつわる「あるある」


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機能ごとに、使用するマイコンがバラバラ。しかも、ベンダーもバラバラ。

無理でしょ。


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異種マイコンの共存システム

• 全部バラバラのCPUコアでいいの？

PICマイコン（マイクロチップ）

RX6ｘ（ルネサスマイコン）

i.MX7xx（NXPプロセッサー

MPLAB X IDE e2studio EWARM or DS-5 or GCC?

センサーデバイスとすぐ繋げられる

Cortex-M系よりパフォーマンスが良い

Linux使いたい


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バラバラ仕様に負けない体質への3step

IAR Embedded Workbenchで統一しておく

ベンダーあるいは、コアを統一しておく

お客様が絶対ではないので、突き返す強い意志を持ちましょう。


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電源にまつわる「あるある」


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電池1個で10年って・・・無理でしょ。


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電池1個で10年動かすための、3step

CR2032(220ｍAh)なら、1時間あたり、2.5uA

単3（2000mAh）なら、25uA

これは1年で交換しましょう！と10年かけて交渉する。

（1年は持たせよう！）


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IoTのソフトアプローチ


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IoTのアプリは、右から左、左から右。


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右から左、左から右

IoTのアプリケーションは、実は簡単？

センサー制御と処理通信 GW クラウド対象ユーザ

アクチュエータ

制御と処理通信 GW クラウド対象ユーザ

エッジ側クラウド側


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IoTアプリに必要な3Step

センサーを決める

通信手段を決める

ペイロードとバッファの調整は、念入りに！


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AI


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AIって上や周りが言っているだけで、本当に導入しないといけないんですか？


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AIを実装するための3step

AIを必要とするデータと分析がすでに済んでいる。

ライセンス料を払ってでも実装すべきアプリケーションであること。

AIの結果を正しく評価でき、モデルに反映できる。


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おまけ：セキュリティ


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システム

IoTエッジ端末におけるセキュリティ

デバイス

基本システム

アプリケーション

・フラッシュの保護・耐タンパーなど

・メモリ保護・セキュアブート

・データの暗号化・様々な認証など・SSL/TLSなど

レイヤーで異なるセキュリティ

・開封センサー（開けたことが通知されるなど）


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H/WとS/Wでデータを守る

セキュリティは、これから必須です。

H/WにCryptoエンジンやRNG(乱数発生器)を搭載しているものを選びましょう。

そして、S/WでTLSやSSLをサポートしましょう。


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ワタクシからのメッセージ


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これからのエンジニアは、大変です！

IoT関連の技術者不足が深刻です。

設計だけでなく、各パートナーとのコミュニケーションや運用も見越したエンジニアであることがIoTには求められています。

日々勉強です。頑張っていきましょう！


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まとめ

APSで、みつかる

あなたが必要とする

テクノロジー


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Thank you!APSはエンジニアの味方です

Documents

エンジニア目線で一刀両断！ そのIoTプロトタイ …マイコンとのI/F I2Cなのか？SPIなのか？マイコン内部のADCで良いのか？外付けにADCを使うのか？な

エンジニア目線で一刀両断！そのIoTプロトタイ …マイコンとのI/F I2Cなのか？SPIなのか？マイコン内部のADCで良いのか？外付けにADCを使うのか？な