プロローグ
無限に広がる SH-2A ワールドにようこそ！
0.1 制御に活用しよう

マイコンをさまざまなSH7262マイコン

世の中の電気で動く製品の多くにはマイコンが搭載されていますが，マイコンはさまざまな ｢ 制御されるもの ｣ と接続して，初めてその実力を発揮させることができます．そのためには，接続するためのハードウェアやソフトウェアの知識が必要です．
本書には，ルネサス エレクトロニクス社製の 32
ビ ッ ト RISC マ イ コ ン SH7262 を 実 装 し た SH-2A マイコン基板（写真 0-1）が付属しています．そこで本書
では，この SH-2A マイコン基板を利用して，マイコンの周辺回路や拡張ボードを接続する方法，およびマUSBミニABレセプタクル

写真 0-1

図 0-1

8

ホストにもターゲットにもなる

SH-2A マイコン基板の外観

SH-2A マイコン基板はさまざまな応用に活用できるイコンに内蔵されているさまざまな周辺機能を駆使してマイコンに力を発揮させる方法について詳しく解説します（図 0-1）．

プロローグ 無限に広がる SH-2A ワールドにようこそ！

JTAGコネクタ 3.5インチQVGA
ステレオ・オーディオ出力
タッチ・パネル付きLCD

方向ボタン

写真 0-3

選択ボタン

SH-2A マイコン基板に対応した LCD 拡張ボード

標準SDカード・ソケット

写真 0-2できる

3.5インチQVGA LCDパネル

USB ケーブルを接続するだけで実機デバッグが0.2 何ができる？

SH-2A マイコン基板でマイクロSD
カード・ソケット

SH-2Aマイコン基板

アナログRGBコネクタ

写真 0-4 LCD 拡張ボードの SD ソケットを利用してメモリ・カードにアクセスできる● SH7262 は 144MHz で動作する高機能マイコン
SH-2A マイコン基板に使用している SH7262 は，最ローラは，複数の画面を重ね合わせて手前の画像を半大クロック周波数が 144MHz で動作し，1M バイトの透明で表示させるなど，効果的な画面表示ができるコ

大容量 RAM を内蔵しています．そのほか，LCD コントローラになっています．

ントローラや 480Mbps ハイスピード対応 USB ホス

この機能を活かすには SH-2A マイコン基板に加えト＆ターゲット・コントローラなど，豊富な周辺機能て 表 示 器 が 必 要 で す が，SH-2A マ イ コ ン 基 板 用 のを内蔵している高機能マイコンです．

LCD 拡張ボードを用意しました（写真 0-3，別売）．
（2）USB ホスト＆ターゲット● USB ケーブル 1 本で実機デバッグが可能

SH7262 には，ハイスピード（480Mbps）対応の USB

SH7262 には USB コントローラが内蔵されているコントローラが内蔵されています．しかも，プログラので，このコントローラを使ってパソコンと通信する

ムによってホストとしてもターゲットとしても動作さリモート・モニタ・プログラムを用意しました．これせることができます．

を使って，ルネサス エレクトロニクス社製の統合開（3）SD/MMC カード・コントローラ

発環境 HEW から実機デバッグを行うことができます．

SH7262 には，SD カード・コントローラが内蔵さ

また，USB ミニ・コネクタも基板に実装済みですれています．このコントローラの仕様は一般には公開ので，ホスト・パソコンと SH-2A マイコン基板を文されていませんが，本書では SPI コントローラを使っ

字どおり USB ケーブル 1 本で繋ぐだけで，すぐにプて SD/MMC カードなどのフラッシュ・メモリ・カー

ログラムの開発を始めることができます（写真 0-2）．

ドをアクセスする方法を紹介します（写真 0-4）．
（4）ディジタル・オーディオ● 多彩な周辺機能を利用できる（1）LCD コントローラ
SH7262 に内蔵されている周辺機能でもっとも特徴的なのは，LCD コントローラです．この LCD コント

SH7262 には，CD オーディオ品質にも対応できる各種ディジタル・オーディオ機能が内蔵されています．また，I 2 S インターフェースに対応した A-D/D-Aコンバータを接続して，録音や再生も可能です．

9

第1 章

SuperH アーキテクチャの誕生と変遷
中森 章
SH マイコンは，日立製作所が開発した組み込み機
器用 32 ビット RISC マイコンで，SuperH マイコンとも呼ばれています．SH マイコンの発想が生まれたのは，1986 年のことです．
その開発ストーリは，図 1-1 に示すルネサス エレクトロニクス社の Web ページに詳しく解説されています．ここでは，この内容を参考にしながら SH マイコンが誕生した背景と変遷について紹介します．

1.1 RISC マイコンの開発
組み込み機器用

SH マイコンの提唱者は，東京の池袋で開催されたコンピュータ・アーキテクチャに関する学会 注１ において，RISC 信奉者になった日立製作所の河崎俊平氏です．その学会において，RISC の設計者から河崎氏

図 1-1 ルネサス エレクトロニクス社の Web ページに掲載されている ｢SuperH 開発ストーリー｣がそのときに開発していた ｢AI32｣ と呼ばれるマイコンがつまらないと断言されてしまったのです．そこSH マイコンの命令長は，すべての命令に対して 16で，河崎氏は RISC 方式の新しいマイコンを考えるよビット固定にしました．このようにすると，分岐命令うになりました．

のオフセットに使用するビット数が制限されてしま

SH の名前の由来は ｢ 俊平 ｣ の略であり，SuperH（Super Hitachi）というのはあとづけの名称であるとい，まともなプログラムを書けないという非難もありましたが，河崎氏は 16 ビットに固執しました．
1990 年当時，日立製作所では SH マイコンと同程いわれています．度の性能を持つ 32 ビット・プロセッサとして，CISC● H8 の後継となるマイコンの開発型の TRON チップと PA-RISC アーキテクチャに基づ1990 年のある日，河崎氏は H8 シリーズに続く新型

くマイクロコントローラの二つの製品を開発していまマイクロコントローラの開発責任者に抜擢されましした．SH マイコンの開発構想が社内で表面化するにた．河崎氏はチャンス到来とばかりに，新しいマイクつれて，SH マイコンに対してこれらの開発チームかロコントローラを RISC にしようと決意しました．まら批判が集まりました．
特に，SH マイコンの性能が上がっていくと，PA-た，特許を巡る係争を避けるため，命令セットは日立製作所のオリジナルにすることにしました．

RISC と競合することが予想されました．ただし，も注１：13th Annual International Symposium on Computer Architecture

10

第2 章
SH-2A マイコンを理解しよう箭内 則文

本章では，本書に付属する SH-2A マイコン基板に使用している SuperH マイコン SH7262 の CPU コアの特徴と，SH7262 の最大の特徴といえる大容量内蔵
RAM を活用する方法などについて解説します．

動小数点演算性能の向上を図った SH2A-FPU もあります．
一方，SH-4A は MMU を実装しているので OS（ オペレーティング・システム）の搭載が可能であり，またパイプライン段数を増やすことによって CPU コア

2.1の最大動作周波数を向上させています．

SH-2A/SH2A-FPU
コアの特徴● SH-2A のスーパスカラ制御

SuperH マイコンの最新コアは，図 2-1 に示すよう

ここでは，SH-2A および SH2A-FPU の特徴であるに組み込みコントローラに適した SH-2A/SH2A-FPU

スーパスカラと専用レジスタ・バンクによる割り込みと，MMU（メモリ・マネージメント・ユニット）を搭

応答性能の向上について簡単に説明します．

載した高機能な組み込みプロセッサ SH-4A に進化しています．

SH-2A/SH2A-FPU は，2 命令並列型（2-ILP，Instruction-Level-Parallelism）のスーパスカラ・パイプライ

SuperH マイコンの CPU コアを比較したものを表2-1 に示します．SH-2A の特長は，従来の SH-2 と比

表 2-1

べるとリアルタイム処理性能が優れていることです．

CPU コアSH-2A では，2way スーパスカラ方式を採用することMMU̶̶̶○○○

によって並列実行が可能になり，さらにレジスタ・バスーパスカラ

̶○○

̶○○

ンクを使った割り込み処理の高速化もできるようになりました．また，FPU を実装することによって，浮SuperH マイコンの CPU コアの比較
SH-2 SH-2A SH2A-FPU SH-3 SH-4 SH-4A

FPU

̶

̶○

̶

○○

レジスタ・バンク

̶○○

̶

̶

̶

パイプライン段数

555557SH-4A
プロセッサ系産業，ネットワーク，携帯電話，MMUあり
カーナビ，ディジタルAV向け 汎用OS（Linuxなど）をサポート
組み込みプロセッサ

SH-4
SH3- DSP
SH-3
SH-2

SH-2A，SH2A-FPU
コントローラ系 産業，自動車，民生など
汎用組み込みコントローラ

SH2- DSP

MMUなし
μITRONなどのRTOSをサポート

SH-1
1993

図 2-1

1995

2000

2003

2005

年

SuperH マイコンのコアの進化

15

第3 章
SH-2A マイコン基板の回路構成
と使い方
吉川 嘉成

3.1

SH-2A マイコン基板のCPU

SH-2A マイコン基板に搭載されている SH7262 は，

表 3-1

SH-2A マイコン基板の仕様

CPU
LDO（Low Drop Out）
レギュレータR5S72620W144FPU（ルネサス エレクトロニクス）
ISL9007IUNZ（Intersil）
ISL9021IRUWZ（Intersil）

SH-2A をコア CPU に使用して，その周りに各種の周リセット IC

ISL88002IE26Z（Intersil）

辺機能を集積した RISC マイコンです．正式な型名は

水晶振動子

G6035B 48MHz（YOKETAN）

R5S72620W144FPU です．

基板素材

FR-4

基板層数

2層

CAN および IE バスが内蔵されていない場合には
SH72620 という型番でも表記され，CAN と IE バスが内蔵されている場合は SH72623 になります．
SH7262 の SH-2A コア CPU のクロック周波数は，

リアルタイム・クロック用
32.768kHz
水晶発振子実装用

配線ルール
基板形状
供給電源

ピン間 3 本

パターン幅 0.15mm

横 64mm，縦 61mm
実装高さ 7mm（出荷時）
5V 入力

約 300mA

NMI入力
SH-2Aマイコン SH7262
オンボードLEDJPP2（ルネサス エレクトロニクス社製） （汎用I/OポートC8に接続）

拡張コネクタCN1（外部バネ系）

システム用18MHz
水晶発振子実装用

H-UDI（JTAG）
コネクタCN4

USB（システム）用
48MHz水晶発振子マニュアル・リセット・スイッチ入力 JPP1
USB ミニAB
レセクタプル

リセット IC（裏面）ISL88002（Intersil 社製）
ブート用 SPI接続
シリアル・フラッシュ
ROM M25P05-A（Numonyx 社製）

電源レギュレータ（1.2V）
ISL9021（Intersil 社製）
電源レギュレータ（3.3V）
ISL9007（Intersil 社製）

拡張コネクタCN6（オーディオ系）

写真 3-1

シリアル・フラッシュROM
チップ・セレクト用
ジャンパ JPP3

拡張コネクタCN2
拡張コネクタCN3（A-D入力，制御信号，GPIOほか）（LCD系）

オーディオ用
水晶発振子実装用

SH-2A マイコン基板の外観と各部の名称

25

第4 章
開発環境を用意してプログラムを作成してみよう
三島 寛之SuperH ファミリ向けの開発環境として，SuperH

最後に，簡易なデバッガ ｢ シリアル接続 HEW モニ

ファミリ用 C/C++ コンパイラ・パッケージ（以下，タ ｣ を用いて，SH-2A マイコン基板による動作確認

SHC コンパイラ・パッケージ）が，ルネサス エレクトを行います．このシリアル接続 HEW モニタは，パソロニクス社から提供されています．この SHC コンパ

コンと SH-2A マイコン基板を USB で接続し，SH-2A

イラ・パッケージには，Renesas 統合開発環境 High-マイコン基板上でプログラムの動作確認ができるようperformance Embedded Workshop（HEW）， ツ ー ルにするものです．本書付属 CD-ROM に収録されていチェイン，シミュレータ，そして開発に便利な各種ます．

ユーティリティ・ツールが同梱されており，ビルドからシミュレータ・デバッグまでを行うことができます（図 4-1）．
本章では，この SHC コンパイラ・パッケージを利

4.1 開発環境を準備しよう

用して，HEW 上でプロジェクトを新規に作成する方

SHC コンパイラ・パッケージには無償評価版が用法から，SH-2A マイコン基板を使って LED を点滅さ意されており，ルネサス エレクトロニクス社の Webせる簡単なプログラムを構築するところまでを説明しページからダウンロードして使用することができまます．

す．ただし，無償評価版 SHC コンパイラ・パッケー
ジは，初めてビルドを行ってから 60 日が経過する

SuperHファミリ用C/C++コンパイラ・パッケージ
Toolchain
C/C++コンパイラと，リンク・サイズが 256K バイト以内に制限されるようになりますが，それ以外の機能は問題なく使用できます．
今回は，この評価版 SHC コンパイラ・パッケージを使用してプログラムを開発します．

アセンブラ

Highperformance
EmbeddedWorkshop

標準ライブラリ
構築ツール

最適化
リンケージ・エディタ
フォーマット・コンバータ● SHC コンパイラ・パッケージのインストール
まず，評価版 SHC コンパイラ・パッケージのダウンロードとインストールを行いましょう．
（1）インストールマネージャの実行

シミュレータ

無償評価版 SHC コンパイラ・パッケージをダウンロードするには，下記の Web サイトにアクセスしてCallWalker（スタック解析ツール）ください．
http://japan.renesas.com/products/

Map Viewer（メモリ割り付け情報ビューワ）

tools/evaluation_software/downloads.
jsp

図 4-1

40

SuperH ファミリ用 C/C++ コンパイラ・パッケージ

そして，図 4-2 に示す評価版ソフトウェアツールの第5 章
タイマ・コントローラと割り込みの使い方をマスタしよう
石丸 康司

第 4 章では，統合開発環境 HEW を利用して LEDより一定周期カウントを行います．CMCNT の値がを点滅させるプログラムを作成しましたが，その中でコンペア・マッチ・コンスタント・レジスタ（CMCOR）

コンペア・マッチ・タイマ（CMT）によるタイマ割りの値と一致すると，CMCNT の値は ʻ0ʼ にクリアされ込みを利用しています．しかし，CMT の詳細についます．そして，コンペア・マッチ・コントロール / スては説明していませんでした．本章では，この CMTテータス・レジスタ（CMCSR）のコンペア・マッチ・の使い方について解説します．

フラグ（CMF）が ʻ1ʼ にセットされます．
このとき，CMCSR のコンペア・マッチ割り込みイ

5.1

ネーブル・ビット（CMIE）が ʻ1ʼ に設定されていれば，CMT の概要とレジスタ構成

コンペア・マッチ割り込み（CMI）が発生します．また，CMCNT は 0 からカウントアップ動作を再開しま

SH7262 は，16 ビット・タイマで構成された CMTを 2 チャネル内蔵しています．CMT は 16 ビットのカウンタを持ち，設定した周期ごとに割り込みを発生す．
図 5-1 に，CMT0 のブロック図を示します（CMT1も同じ構成）．

させることができます．表 5-1 に CMT の概要を示し
ますが，CMT の特長は以下の 3 つです．

表 5-1（1）4 種類のカウンタ入力クロックを 2 チャネル独立に選択できる

項 目
使用チャネル数（2）4 種類の内部クロック（Pφ/8, Pφ/32, Pφ/128,Pφ/512）を選択できる

カウンタ
クロック・ソース（3）コ ン ペ ア・ マ ッ チ の と き，DMA の 設 定 に よ り
DMA 転送要求または割り込み要求の発生を選択できる
CMT のレジスタ構成を表 5-2 に示します．CMT
は，コンペア・マッチ・カウンタ（CMCNT）の動作に

表 5-2

コンペア・マッチ・タイマ (CMT) の概要

起動方法

概 要
2 チャネル
16 ビット・カウンタ（アップ・カウンタのみ）
Pφ/8, Pφ/32, Pφ/128, Pφ/512
Pφ：内部周辺クロック
ソフトウェアによる起動

コンペア・マッチ・カウンタ（CMCNT）とコンペア・マッチ コンペア・マッチ・コンスタント・レジスタ（CMCOR）が一致した最終ステート（CMT発生条件
CNT が 0 に更新されるタイミング）で発生
割り込み要求コンペア・マッチ割り込み（CMI）

CMT のレジスタ構成

チャネル
共通01

レジスタ名

略称

コンペア・マッチ・タイマ・スタート・レジスタ

CMSTR

0x0000初期値

コンペア・マッチ・タイマ・コントロール / ステータス・レジスタ ̲0

CMCSR̲00x0000

コンペア・マッチ・カウンタ ̲0CMCNT̲00x0000

コンペア・マッチ・コンスタント・レジスタ ̲0CMCOR̲00xFFFF

コンペア・マッチ・タイマ・コントロール / ステータス・レジスタ ̲1

CMCSR̲10x0000

コンペア・マッチ・カウンタ ̲1

CMCNT̲10x0000

コンペア・マッチ・コンスタント・レジスタ ̲1

CMCOR̲10xFFFF

51

第6 章
アナログ信号を取り込む
A-D コンバータの使い方
三好 健文

SH-2A マイコン基板に実装されている SH7262 には，使いやすい 10 ビット精度の逐次比較型 A-D コンていますが，終了時に A-D コンバータに割り込みを発生させることもできます（後述）．

バータが内蔵されています．そして，SH-2A マイコン基板では 4 チャネルのアナログ信号を入力できます．ただし，A-D 変換入力用のピンは汎用 I/O のポー● 3 種類の動作モード
A-D コンバータの動作モードには，次の 3 種類がト H と共用になっているため，A-D コンバータを利あります．

用する場合にはポート H のコントロール・レジスタ（1）シングル・モードに設定する必要があります．ここで A-D 変換入力用

1 チャネルの A-D 変換を 1 度だけ実行するモードとして設定した場合は，ポート H は汎用 I/O としてです．ソフトウェアにより，変換するチャネルの順序用いることはできなくなります．

や実行開始などを細かく制御する場合に有効です．

SH7262 の A-D コンバータの特徴を，表 6-1 に示し（2）マルチモード
複数チャネルの A-D 変換を 1 度ずつ実行するモーます．

ドです．A-D 変換は，チャネル番号の小さい方から6.1

SH7262の A-D コンバータの動作モード

SH7262 の A-D コンバータを動作させる手順を，図順に実行されます．変換の開始は，毎回ソフトウェアで制御します．とにかく，すべてのチャネル値を読み込むような処理をしたい場合に有効です．
（3）スキャン・モード

6-1 のフローチャートに示します．手順は簡単です．

1 チャネルまたは複数チャネルの A-D 変換を繰り

この例では，ソフトウェアで A-D 変換の終了を待っ返し実行し続けるモードです．対象とする入力を常に

表 6-1

SH7262 の A-D コンバータの概要（1）ポート H を A-D コンバータの入力として使用するように設定

分解能

10 ビット

入力チャネル

4 チャネル最小変換時間

1 チャネル当たり 4.0μs

絶対精度

±4LSB

動作モード

シングル・モード/マルチモード/スキャン・モード（3）A-D 変換開始

ソフトウェア / マルチファンクション・タイマ・パルス・ユニットによる変換開始トリガ / 外部トリガ信号（4）ステータス・ビットを見てA-D 変換の終了を待つ

A-D 変換
開始方法
割り込み要因A-D 変換終了時に A-D 変換終了割り込み（ADI）
要求
サンプル & ホールド機能付き

その他機能

モジュール・スタンバイ・モードの設定が可能
DMA コントローラの起動が可能（2）A-D コンバータの使用モードの決定（5）A-D 変換の結果を読み取る

図 6-1 SH7262 の A-D コ ン バ ー タ を 動作させる手順（シングル・モード）

59

第7 章

タイマ・コントローラと PWM コントローラを使った PWM 信号の生成
三好 健文
PWM（パルス幅変調）とは，マイコンから出力する変化させます．1 周期中のハイ・レベルの期間の割合

ディジタル・データを実際の世界，例えばモータを回をデューティ比と言います．ハイ・レベルを出力するしたり，調光器の電力を制御したり，といった応用に期間が違うだけで波長や振幅は変化しません．

利用するための方法の一つです．本章では，SH7262

本章で説明するための例として取り上げた，LEDに内蔵されているマルチファンクション・タイマ・パの発光をゆっくりと変化させる ｢ 蛍の光 ｣ は，高速にルス・ユニット （2 MTU2）と PWM タイマ・モジュー

点滅する LED の点灯時間の割合を PWM で変化させルを使用して，PWM 信号を生成する方法について説て光の強弱を表現します．高速で点滅する LED は，明します．

人間の目には常時点灯しているように見えます．実際に点灯している時間が短ければ弱く光り，点灯してい7.1

LED の明るさやモータの回転を制御するには一般にディジタル回路では，“H”レベルは 3.3V，“L”レベルは 0V のように出力電圧は一定です．そこで，る時間が長ければ強く光っているように見えます．

7.2 イマ・パルス・ユニット2

マルチファンクション・タ

電圧を変更せずに LED の明るさやモータの回転など

SH-2A マイコン基板に実装されている SH7262 は，のアナログ量を変更する一つの方法として，信号の出マルチファンクション・タイマ・パルス・ユニット 2

力期間を変える PWM（Pulse Width Modulation）とい（MTU2）という機能を備えています．MTU2 は，16う方式があります．

ビット・タイマで構成されるチャネル 0 〜チャネル 4

PWM は，日本語ではパルス幅変調と呼ばれる変調の計 5 チャネルを内蔵しています．ここでは，MTU2方式の一種です．図 7-1 のように，パルス中のハイ・を使って PWM 信号を生成する方法を説明します．

レベルとロー・レベルの信号を出力する時間の割合をマルチファンクションという名のとおり，MTU2

デューティ比＝t /T

ハイ・レベルの期間（t ）デューティ比：50％ 電圧
ハイ・レベルの期間（t ）デューティ比：75％

ハイ・レベルの期間（t ）図 7-1
パルス幅変調された信号デューティ比：25％

デューティ比により，ハイ・レベル期間がそれぞれ異なっている．

１波長の周期（T ）

69

第8 章
LCD コントローラを使って画像を表示させよう
川本 泰久

SH-2A マイコン基板に搭載されている SH7262 にストとなるパソコンと SH-2A マイコン基板は USB-は，グラフィックス表示機能としてビデオ・ディスプ

UART 変換基板を経由して接続され，図 8-2 のようレイ・コントローラ （3 VDC3）が搭載されています．

に TeraTerm などのターミナル・ソフトウェアを使っ

この VDC3 は，アルファ・ブレンド窓機能によるて USB 経由でプログラムを転送します．

画像の重ね合わせもできるので，多彩な表示が可能になります．本章では，実際に SH-2A マイコン基板にTFT-LCD パネルを接続して，表示機能を使用してみます．

● 拡張基板を作成する
写真 8-1 に今回作成した拡張基板のようすを，図8-3 に拡張基板の回路図を示します．USB-UART 変換 基 板 に は， 秋 月 電 子 通 商 で 販 売 さ れ て い る AE-

8.1 表示装置全体の構成

UM232R という変換用 IC を使用しています．拡張基
ホスト・パソコン（Windows）

まず，SH7262 の VDC3 を使用して画像を表示させUSBケーブルるために，SH-2A マイコン基板と TFT-LCD パネルを接続します．

USB-UART変換基板

図 8-1 に，本章で使用する機器構成を示します．ホスト PC には Cygwin がインストールされていて，拡張基板

TFT-LCD

SH-2A
マイコン基板

Cygwin 上でクロス・コンパイルを行っています．ホ

図 8-1

LCD 表示装置の構成

USB-UART
変換基板
TFT-LCD
モジュール

SH-2Aマイコン基板

図 8-2

TeraTerm の画面

メモリ・ダンプ・モニタとシリアル・ダウンローダの動作例．

写真 8-1製作した LCD 拡張基板の外観

79

このPDFは，CQ出版社発売の「カラー・モニタにピッタリ!SH 2Aマイコン基板」の内容・購内容
購法法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい．
http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/49/49831.htm
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部本です．