ITとOTネットワークを融合する「TSN」の概要と実装
産業向けIoT（IIoT）の実装で直面する大きな課題の1つは、情報技術（IT）と運用技術（OT）におけるネットワークの融合である。本稿では、これらネットワークの融合を実現する「IEEE 802.1 TSN（Time Sensitive Networking）」の概要と実装について解説する。 ITとOTネットワークの融合 産業向けIoT（以下、IIoT）の実装で直面する大きな課題の1つは、情報技術（IT）と運用技術（OT）におけるネットワークの融合である。現在ITとOTのネットワークは別々の階層にあり、相互接続を行うためには専用のゲートウェイなどが必要になる。IIoTでノードが相互接続するシステムを実現するには、これらのネットワークの融合が重要だ。 現行のファクトリーオートメーション（FA）を制御するアーキテクチャは、図1のような階層構造になっている。最上位に位置するERP（基幹系業務システ
Bluetooth 5 ビーコンの進化を支えるブロードキャスト通信容量「8倍」の仕組み
戦闘機に焦点を当てた、航空博物館を訪れた時の話です。「P-51（Mustang）」から始まるその展示に、筆者は思いを巡らせていきました。爆撃機の護衛、空中戦、ドイツ空軍との交戦という危険な任務――。ふと振り向けば、Curtiss-Wrightの「P-40」が向こうに見えます。よく見ようと近づくと、不快な警笛に続いてラジアルエンジンがうなり声をあげるので、上を見ればガルウイングの「F4U Corsair（コルセア）」が、まるで急降下するかのごとくぶら下がっています。ふと、手に振動を感じたのでスマートフォンの画面に目をやると、そこにはCorsairの解説文が……。 まったくもって、驚くほど素晴らしい博物館でした。展示物を見るたび、自分のスマートフォンやスマートウォッチに、解説がポップアップして出てくるのです。 そして、こんなユーザー体験を可能にしている技術が、Bluetooth 5です。博物館
Bluetooth 5.1新機能に対応した新ソフトウェア
Wireless GeckoがBluetoothの新機能を実装することで、信号方向の検出精度は5度以下、位置精度は1m未満となる。 スリープクロックの精度向上による電力消費の低減、GATTキャッシュ機能によるスマートホームの接続の改善、アドバタイズチャネルインデックス機能による混雑したRF環境でのBluetoothメッシュのビーコン機能の最適化なども可能だ。 関連記事 マルチセンサーBLE開発プラットフォーム オン・セミコンダクターは、アンテナ内蔵のシステムインパッケージ「RSL10」とBosch Sensortecの低電力センサー製品を組み合わせた、RSL10センサー開発キット「RSL10-SENSE-GEVK」を発表した。 Sigfox Monarch認証済みの低消費電力ソリューション STマイクロエレクトロニクスは、Sigfoxの遠隔トラッキング・位置情報サービス「Sigfox Mo
RISCとCISC、それぞれの命令処理方式
RISCとCISC、それぞれの命令処理方式：ハイレベルマイコン講座：【アーキテクチャ概論】（3）（1/4 ページ） すでにマイコンを使い込まれている上級者向けの技術解説の連載「ハイレベルマイコン講座」。今回は、マイコンの内部の命令処理の方式をRISCとCISCに分けて解説する。 前回に引き続き、マイコンの「アーキテクチャ」について詳しく解説する。 今回は、マイコンの内部の命令処理の方式をRISCとCISCに分けて解説する。最初は「RISCの命令の並列処理」と題し、パイプラインとスーパースカラを中心に解説する。次に「CISCの命令の内部処理（μ-OPとμ-プログラム）」と題し、μ-OPとμ-プログラムについて解説する。 RISCの命令の並列処理 RISCでの、マイコン内部で命令を処理する手法は大きく分けて、パイプラインとスーパースカラがある。パイプラインは、命令を実行する際に一連の処理をいく
マイコンのセキュリティ機能を詳細解説 ～ソフトウェア編～
前回に引き続き、マイコンのセキュリティ機能について解説していく。今回は、ソフトウェア編としてマイコンサプライヤがユーザーのために提供している「セキュアエンジンミドルウェア」と「セキュアブートファームウェア」と「ユーザーアプリケーションでのセキュア機能」について詳しく解説する。 言葉の定義 次に示す言葉は、エンジニアによって意味の違う使い方をされる場合があるので、混乱を避けるため、本記事では以下の意味で使用する。 ソフトウェア（Software）： ハードウェア（物理的なもの）と対比されるプログラムコード全般の意味。ユーザーが作成するアプリケーションプログラムなどを指し、柔軟に変更可能であるため「ソフト」という言葉が使われている。 ファームウェア（Firmware）： ファーム（Firm）のそもそもの意味は「固定された」「不変のもの」である。マイコンでは、主にハードウェアのドライバソフトなど
Bluetooth meshネットワークの基本概念（前編）
Bluetooth meshネットワークの基本概念（前編）：Bluetooth mesh入門（1）（1/3 ページ） 今回の連載では、Bluetooth meshを正しく理解するための基礎講座として、このネットワークトポロジーを支える基本的な概念をはじめ、デバイスの管理やセキュリティについて、4回にわたり解説していきます。 2017年7月、Bluetoothが、メッシュネットワークをサポートしました。「Bluetooth mesh」です。Bluetooth meshは、多対多（m:m）間のデバイス通信を可能にし、大規模なデバイスネットワークの構築に最適化されたネットワークで、ビルオートメーションやセンサーネットワーク、資産追跡など、数十から数百、数千にも上るデバイスによる安全かつ高信頼性で相互通信を行う必要があるIoT（モノのインターネット）ソリューションに適した技術です。 今回の連載では
ARM 64ビット16コアを採用したSoC
100Gビット/秒イーサネットをサポート NXPセミコンダクターズは2017年10月、ARM 64ビット16コアを採用したSoC（System on Chip）「LX2160A」を発表した。高性能ネットワークエッジコンピューティングやデータセンターオフロードに対応する。 FinFETプロセス技術を採用し、30W未満の消費電力で最大2GHzまで動作するARM Cortex-A72 16コアを搭載。最大100Gビット/秒（bps）のイーサネットとPCI Express Gen4のインターコネクト規格をサポートする。ワイヤスピードでL2スイッチングを提供し、50Gbps IPsec暗号化のためのアクセラレーションとデータ圧縮を統合した。 同社は、「16コアと100Gbpsイーサネットを統合することで、高性能エッジコンピューティングアプリケーション要件に対するARMエコシステムの対応を可能にする」
Bluetooth 5 通信距離「従来比4倍」の仕組み
Bluetooth 5の特長について解説するシリーズの第2回。今回は、Bluetooth 4.2に比べて4倍という通信距離を実現できる仕組みについて解説します。 ⇒「Bluetooth 5 高速通信の仕組み」はこちらから IoT時代の到来 米Goldman Sachs（ゴールドマン・サックス）が発表した論文によると、1990年代において、インターネットに接続していたデバイスの数はおおよそ10億個ありました。2000年代に入ると、スマートフォンの時代を迎え、この数は20億に跳ね上がります。米ABI Researchは、2021年までにはインターネットに接続するデバイスは480億個に達すると予想しています。それはまさに「IoT（モノのインターネット）の時代」と呼ぶにふさわしい状況だといえるでしょう。480億個のデバイスのうち、Bluetoothデバイスが占める割合は全体の30％と予測されていま
Bluetooth 5 高速通信の仕組み
2016年12月にBluetoothの最新コア仕様であるBluetooth 5が策定された。Bluetooth 4.2に比べて2倍の通信速度を実現する仕様だが、どのような仕組みで高速通信を実現しているのか。リンク層のパケット形式の“中身”を紹介するとともに、そこに含まれる情報量を使った簡単な計算によって、Bluetooth 5の高速通信の仕組みについて触れる。 Bluetooth 5の登場 2016年12月、Bluetooth 5の仕様が策定されました＊）。現在、無線接続の標準となっているBluetooth 4.2に比べて、4倍の通信距離、2倍の通信速度、そして8倍となったアドバタイジングパケット（通信容量）は、Bluetooth技術の大きな飛躍となりました。なお、最新のBluetoothコア仕様に関する情報は、Bluetooth SIGのWebサイトからダウンロード可能です ＊）関連記事
データのバックアップと保持のための電源ホールドアップ
データの損失を防ぐため、最新のデジタルシステムには停電時にバックアップを行う機能が欠かせない。その際に重要なのが、入力がなくても出力が維持される時間（ホールドアップ時間）だ。今回の記事では、3つの簡単な電源ホールドアップ解決策を紹介する。 はじめに 供給電源の停電時に重要なデータをバックアップすることは、最新のデジタルシステムにとって重要な機能です。組み込みシステムがクリーンな無停電電源に依存する遠距離通信用、産業用、および自動車用アプリケーションでは、データの損失が懸念材料です。停電が突然発生すると、HDやフラッシュメモリの読み書き動作時にデータが破壊される場合があります。データ記憶装置は、車両の保守、トラブルシューティング、修繕作業を目的とする組み込みシステム内で幅広く使用されています。複雑な産業用金属機械加工機器では、電源の遮断後に複数の工具の位置と状態を保存して、電源が復旧したとき
なんだこの設計は！ メーカーの資質を疑う醜い回路設計
なんだこの設計は！ メーカーの資質を疑う醜い回路設計：Wired, Weird（1/3 ページ） 筆者は常々、良い品質の製品を作ることは、メーカーが生き残るための必要条件だと確信している。そうした中で、先日、修理依頼を受けた温調器は、目を覆うばかりの醜い設計が……。今回は、メーカーの資質が疑われるほどの悪設計だった温調器の修理の様子を紹介しよう。 ⇒「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 起動し始めると、何かしらの不具合が出る温調器の修理 20年以上前に製造された温調器の修理を依頼された。もちろん回路図はない。聞くと『起動し始めると、何かしらの不具合が出る』ということだった。ケースを開けて基板を確認すると、21個のCMOSロジックIC「4000シリーズ」と3個のトランジスタアレイが使用されていた。電源電圧はDC12Vということだった。 筆者も30年前だが4000シリーズを12V
アイデア工具を使ったハンダ抜きテクニック
⇒「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 高価なハンダ吸引ワイヤを使わずに、ハンダに穴を空ける 基板の部品穴（ランド）のハンダ抜き（ハンダ外し）は、基板の回路変更や修理での部品交換には必須だ。読者はこの作業に、ハンダごてとハンダ吸引ワイヤを使用していると思う。ハンダ吸引ワイヤは便利だが少し高価だ。また、ワイヤに浸み込んだハンダは廃棄することになり地球環境にはあまりよくない。元々、ランドに部品を取り付ける穴さえ確保できればハンダを破棄する必要はない。今回は安価で簡単なハンダの穴抜き方法を紹介する。これはスルーホールのハンダが溶けたときにスルーホールに細い棒を差し込んで穴を確保する方法だ。実例の写真を図1に示す。 図1では3つの細い棒を使用しているが、左下は竹製のようじ、中央下は一般的な木製ようじだ。そして、右上は今回の主役になる“魔法のようじ”だ。竹製ようじは硬いので折れやすく、
モデルベースデザイン手法を使ったProgrammable SoCの協調設計【実践編I】
モデルベースデザイン手法を使ったProgrammable SoCの協調設計【実践編I】：レファレンスモデルからFPGA用サブシステムの作成まで（1/7 ページ） 「モデルベースデザイン手法を使ったProgrammable SoCの協調設計」とはどのようなものか、実践を交えて解説していく本連載。前回の準備編に続き、今回からは実際にMATLAB/Simulinkを用いたモデルベースデザイン手法により実装を行います。 昨今、さまざまな用途での利用が増えているFPGAとプロセッサを1チップ化した「Programmable SoC」。本連載ではProgrammable SoCの1つである「Zynq」（ザイリンクス製）のプロセッサとFPGAの両方を使ったアルゴリズム、つまりソフトウェア、ハードウェアで協調動作するアルゴリズムを、MATLAB/Simulinkを用いたモデルベースデザイン手法により実装す
国境なき電解コン劣化問題
米国製の温調器の修理依頼が舞い込んできた。海外製温調器の修理は初めてだ。いざ修理を始めると、故障原因は国内製品と大差がなかった――。 →「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 温調器ユニットの修理 米国で設計、製造された温調器ユニットの修理依頼が舞い込んできた。海外で製造された温調器を修理依頼は初めてだ。依頼主は『国内の販売業者に修理を断られた』と言って、依頼が届いたわけだ。 温調器ユニットの故障具合は『2チャンネルある温調器のうち、一方の温調器の電源が入らない』ということだった。米国製の温調器に興味があったので修理依頼を受けることにした。 現品を入手し温調器ユニットの電源の配線を確認したが2つの温調器にはAC電源が並列に接続されていた。仮配線で電源を入れてみたら、両方の温調器の表示がついた。 「あれっ？ 事前に聞いていた話と、現品との挙動が違うゾ」 修理依頼品の温調システムの
ルーティングによるメッシュネットワーク
ホームネットワーク向け無線規格として、海外を中心に普及が進む「Z-Wave」について解説していく本連載。今回は、ルーティングによるメッシュネットワークについて紹介する。 ルーティングによるメッシュネットワーク IoT（モノのインターネット）の実現に求められる技術の1つとして、海外を中心に普及が進むホームネットワーク向け無線規格「Z-Wave」が注目を集めている。本連載では、Z-Waveの国内動向に加えて、なぜ相互互換性を実現できるかをひもといていく。 前回は、「HOME IDとNode IDの関係性」「IDの振り分け方」「MAC層」などを解説した。今回は、Z-Waveのルーティングによるメッシュネットワークについて紹介する。 上記の図は、メッシュネットワークを単純化したモデルである。コントローラであるNode ID＝1から、Node ID 2、3、4の端末が直接伝送可能。Node ID 5
複数の高速DACを用いたアンテナ・ダイバーシティーによる信号受信の改善
複数の高速DACを用いたアンテナ・ダイバーシティーによる信号受信の改善：ピコ秒レベルでの同期をとるには？（1/3 ページ） 複数のアンテナを利用してアンテナ・ダイバーシティーを実現する際に、各チャンネルのD-Aコンバーター（DAC）をピコ秒レベルで同期させる必要があります。そこで、高度な同期を図りやすくした高速DACが登場しています。ここでは、アンテナ・ダイバーシティーに必要な要件を整理しながら、そうした新しい高速DACの利点を見ていきましょう。 はじめに 現代の無線システムでは、データ・スループットを最大化して伝送の信頼性を高めるために、非常に多くのダイバーシティー・テクニックが用いられています。時間、周波数、符号に関する多様なテクニックにより、信号を複数のユーザーに同時に伝送し、伝送されるデータ量を最大化しています。異なるタイミングや異なる周波数、あるいはゴールド・コードとして知られる
過電圧監視がない電源の末路
今回は、高価な電気メッキ装置用電源機器の修理エピソードを紹介する。故障原因は、しばしば見受けられる“配線切れ”だったが、事もあろうに過電圧監視が施されていなかったが故に、悲惨な末路を迎えてしまった。 ⇒「Wired, Weird」連載一覧 電源が入らない電気メッキ装置用電源機器 電気メッキ装置に使用される大電力の電源機器の修理を依頼された。この電源は最大30Vで100A出力の電源だった。修理品を受け取ったらケースの外側が水のような液体で少しぬれていた。ケースを開けるとケースの内側もぬれており内部に少しサビもあった。機器を分解して実装された電源基板の不具合原因を詳細に確認したら回路上に大きな落とし穴が見つかった。今回は電気メッキ装置の電源修理を報告する。 修理依頼書には『電源が入らない』と記載されていた。このメッキ装置用電源機器の修理は初めてだったが幸いなことに取り扱い説明書と内部接続図が入
オシロスコープの「ゾーントリガー」機能って何？
オシロスコープの「ゾーントリガー」機能って何？：5つの代表的な質問に回答します（1/4 ページ） 「ゾーントリガー」はオシロスコープに搭載されている機能で、従来搭載されているトリガー機能を補完するだけでなく、これまでにないトリガーを実現することが可能となっている。本稿では、オシロスコープのゾーントリガー機能に関する代表的な5つの質問に対してお答えしよう。 従来のハードウェアトリガー機能を補完 電気回路の不具合に対する問題解決や原因究明に、広く使用される計測器がオシロスコープだ。特定の不具合波形の分離を可能にする、オシロスコープの主要な技術がトリガーになる。オシロスコープには、エッジ、グリッジ、パルス幅、パターンなど、各種イベントの切り分け用にハードウェアトリガー機能が標準搭載されている。 一方で、今まで存在していたハードウェアトリガー機能は、まれに発生する不具合波形を時間で分離するには最適
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制御用PCの修理（前編） CPU横の膨れたコンデンサー
DMAのメリットって何？
