最終製品の複雑さが増すにつれ、現世代の設計キットは以前のものよりもはるかに完成度が高くなっています。これらはRoHS、FCC、CEに準拠しており、最適化されたレイアウトと優れたEMCパフォーマンスを備えています。さらに、包括的なソフトウェア スイートが完備され、テスト済みです。
同時に、設計者は製品の市場投入までの時間を短縮しなければならないというプレッシャーにさらされており、モノのインターネット (IoT) が加速するにつれてこの傾向は加速するばかりです。
図1: IoTアプリケーション向けのFreescale mBED開発キット。(出典: EDN-Europe)
その結果、企業や起業家は開発時間とコストを削減するために、開発ボードとコンポーネントを自社の製品設計に直接統合し始めました。開発キットは設計プロセスの不可欠な部分になりつつあります。これは、プロトタイピングとテストを超えて、開発キットを部分的または全体的にリファレンス設計として使用したり、これらの設計を最終製品に組み込んだりすることにまで及びます。
2014年に設計エンジニアを対象に実施された調査によると、回答者の45% が主にセンシング、ワイヤレス、通信アプリケーション向けに開発キットを設計の一部として使用しており、そのうち79% が開発キット設計の一部を最終的な生産設計に使用したと回答しています。調査では、これらのデザインのうち5つのうち4つが12か月以内に生産に移行したことも明らかになりました。
開発ボードのメーカーは、自社のシステムが完成品への迅速な道筋、または既存の製品に新しい機能を簡単に追加する方法を提供できることを認識しています。たとえば、FTDIは、USBデバイスのプロトタイピングと開発をサポートするさまざまな開発モジュールを提供しています。同社は、既存の製品設計内でUSB接続を可能にする方法として、自社の開発モジュールを推進しています。
他のサプライヤーは、開発システムを本格的な製品の基盤にしたいと考えているサプライヤー向けに、追加機能を備えた開発ボードを提供しています。
生産システム向け開発キット：長所と短所
すべてをゼロから設計するのではなく、開発キットを設計の基礎として使用することを検討するのはどのような場合ですか?長所と短所を以下にまとめます。まず、長所:
• ユニークなアプリケーションや非常に少量のアプリケーション、あるいはハードウェアのコストが全体のわずかな割合を占めるプロジェクトの場合、開発ボードの単価が高くても、開発時間の短縮によってその効果を補うことができます。
• 認証 (FCC、CEなど) がハードウェアのコストに比べて高価または時間がかかる場合は、既製の開発キットが適している可能性があります。
• 構築するユニットに多くのカスタム アプリケーションがある場合、または顧客に特定のカスタマイズ要件がある場合、開発キットを使用すると開発時間を大幅に短縮できます。
• 既存の設計にZigBeeやBluetoothなどの特定のインターフェースを追加する場合は、既成の開発キットを使用するのが最も迅速かつ簡単な方法です。
一方、開発キットボードを使用すると、次のような欠点もあります。
• コストが高くなると、開発キットの大量生産がコスト的に不可能になる可能性があります。
• 一般的に、開発キットは特殊なアプリケーションの場合、パフォーマンスとコストの比率が低くなります。
• ハードウェアは、統合された周辺機器やI/Oなどの点で柔軟性が低くなる可能性があります。
• 開発キットは通常、カスタム ボードよりもサイズが大きくなります。
• 開発キットは、統合するのがより困難になる可能性があります (機械的および電気的)。
• 開発キットの製造元は通常、効率的に大量供給できるようには構成されていません。
• 開発キットは、知的財産を適切に保護しないライセンス (たとえば、このライセンス) の下でのみ利用できる場合があります。
プランB: 開発キットの設計ファイルから始めて開発時間を短縮する
開発ボードのハードウェアを箱から出してそのまま使用できない場合は、次善策として、設計から始めて、変更を最小限に抑えることをお勧めします。これを認識して、一部の開発キット製造業者は、プロセスを高速化するための完全な設計ツールセットを提供しています。
たとえば、FreescaleはすべてのFreescale Towerモジュール用のプリント回路基板設計ファイルを提供しています。これらのファイルは、経験豊富なボード設計者が独自のモジュールや派生設計を構築する際の例として役立ちます。ファイルはプロフェッショナル フォーマットで提供され、特定のキットに応じて、次のファイルの一部またはすべてが使用可能です。
• LAY - レイアウト ソース (Cadence Allegro)
• GRB - Gerberファイル
• FAB - 製造ドキュメント
• UNI - UniCAMファイル
• CEN - 配置ファイル
• BOM - 部品表
• SCH - 回路図ソース (Cadence、OrCad)
• SPF - 回路図PDF
同様に、MicrochipのMRF89XA 8ビット ワイヤレス開発キットは、サブGHzアプリケーション設計者向けの評価および開発プラットフォームです。開発キットには、Microchip社のMRF89XAM9Aトランシーバー モジュールとPIC18 XLPマイクロコントローラ ファミリが含まれており、設計者はワイヤレス アプリケーションのプロトタイプを迅速に作成できます。デモ キットには、MicrochipのMiWi™ プロトコル スタックが事前にプログラムされており、完全なGerberファイルが付属しています。
設計者のさらなる支援のため、MRF24J40MAモジュールは、米国、カナダ、欧州諸国でモジュラー デバイスに関する規制承認を取得しています。これにより、エンドユーザーは、MRF24J40MAモジュールを完成品内に配置することができ、モジュール回路に変更や修正を加えない限り、意図的な放射器 (RF送信機) に対する規制テストを必要としません。
ハードウェアだけの問題ではない
開発キットの全部または一部を製造設計に使用するかどうかを決定するときは、開発キットにはハードウェア以外にも多くのものが含まれていることを覚えておいてください。組み込みマイクロコントローラ用のソフトウェア開発キット (SDK) には、リアルタイム オペレーティング システム (RTOS)、デバイス ドライバ、TCP/IPスタックなど、開発時間を大幅に短縮できる多数のソフトウェア モジュールが含まれています。
図2: Sitara SDK。(出典: LinuxGizmos)
たとえば、ARM® AシリーズのコアをベースにしたTexas InstrumentsのSitaraプロセッサ シリーズ向けSDKには、次のものが含まれています。
• Linuxカーネルとブートローダー
• GUIベースのアプリケーション ランチャー
• ファイル システム
• Qt/Webkitアプリケーション フレームワーク
• 3-Dグラフィックスのサポート
• 統合型WLANおよびBluetooth® 一部のパーツのサポート
• ARMベンチマーク: Dhrystone、Linpack、Whetstone
• Webkit Webブラウザー
• ソフトWi-Fiアクセス ポイント
• 暗号化: AES、3DES、MD5、SHA
Sitara SDK無料でダウンロードでき、ランタイム ロイヤリティは不要で、ボード サポート パッケージ (BSP)、ツール、デモ、ドキュメントが含まれています。
Arrowは、アナログとデジタルの両方のアプリケーション向けに多数の開発キットとツールを提供しています。