Arduino Portenta H7 が開発ボードを製品グレードに引き上げる

「Arduino」という名前を聞くと、私は通常、生産グレードのハードウェアを思い浮かべません。Arduinoの人たちを軽視しているわけではありませんが、彼らは教育や概念実証の開発ニッチ市場に見事に浸透しており、他のハードウェアプラットフォームが追いつけないほどです。Arduinoボードは、低ボリュームの機能プロトタイピングや組み込みソフトウェア開発には優れた選択です。しかし、要求の厳しい環境での生産グレードのアプリケーションについてはどうでしょうか？

新しいArduino Portenta H7プラットフォームは、産業環境での組み込みアプリケーションを対象としています。MKRやNanoプラットフォームと比較して、このボードは開発やプロトタイピングの製品としてではなく、生産グレードのアプリケーションにより深く浸透するかもしれません。この新製品の能力と異なる組み込みアプリケーションへの適用可能性を見てみましょう。

Arduino Portenta H7の能力

Arduino Portenta H7は、STM32H747デュアルコアプロセッサ（Cortex-M7コアは480 MHz、Cortex-M4コアは200 MHz）を中心に構築されています。IoTシステムのセキュリティとプライバシーは現代の懸念事項であり、このボードには暗号化機能のためのECC608（Microchip）またはSE050C2（NXP）ICが含まれています。Portentaボードの全体的なハードウェア能力には：

• Arduino MKRヘッダーにはUART1、6xアナログ入力ピン、GPIO、PWM、SPI、I2C、リセット、5V、3.3V、GNDが含まれます
• 2 MBのオンボードSDRAM、16 MBのNORフラッシュオンボードストレージ（最大128 MBまでアップグレード可能）
• 10/100 Ethernet PHYレイヤー
• 2.4 GHz WiFi（802.11b/g/n、最大65 Mbps）およびBluetooth 5.1（BR/EDR/LE）セラミックアンテナ付き
• DisplayPort付きUSB-Cコネクタ

このモジュール自体を、さまざまなエッジ/IoTアプリケーションのコントローラーとして使用できます。このボードは、ネイティブのArm Mbed OSアプリケーション、インタープリターを使用したMicroPythonまたはJavaScriptプログラム、TensorFlow Liteを使用したML/AIアプリケーションを実行できます。また、STM32H7マイクロコントローラーの2つのコアを使用し、Cortex-M4コアで標準のArduinoコードを実行し、Cortex-M7コアで計算集約的なMicroPythonコードを解釈することもできます。

Arduino Portenta H7およびそのキャリアボード

Arduino Portenta H7プラットフォームは、他のSBC/MCUボードの先例に従い、モジュラーデザインの方向に進んでいます。他のArduinoプラットフォーム（例えば、Mega、Nano）はベースボードに取り付けられたり、シールドボードで拡張されることができましたが、開発者はこれらを自分で設計するか、第三者のベンダーから購入する必要がありました。

Portentaエコシステムの一環として、Arduinoのチームはこれらのモジュール用に多くの周辺機器にアクセスできるキャリアボードを作成しました。これにより、Portentaはモジュラーエコシステムに組み込まれ、このプラットフォーム用のユニークなキャリアボードを設計することが容易になります（以下で詳しく説明します）。Portentaは、モジュールの底部にある2つの80ピンのボード間コネクタを介してキャリアに接続します。

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キャリアボードは、エッジコネクタを介して接続するのではなく、Portentaモジュールをベースから少し持ち上げて保持します。これにより、Portentaのピンに直接アクセスできるようになり、Portentaモジュールに接続できるデバイスの範囲も拡大します。キャリアボードは、興奮するほどの多くの接続オプションを提供します：

• MicroSDカードスロットによる拡張可能なストレージ
• 8ビットLVTTL/2レーンMIPI CSIカメラコネクタ
• 3つのアナログオーディオジャック
• RJ45ギガビットイーサネットコネクタ（10/100 PHYとの下位互換性あり）
• NBIoT/CatM1/GPRSモデムおよびセルラーアクセス用のSIMカードスロット
• Murata CMWX1ZZABZ LoRaモジュール
• 2つのアンテナコネクタ
• 2つのUSBポート
• CANバス用のRJ-9コネクタ
• RS232/422/485用のRJ-11コネクタ
• 40ピンGPIOコネクタ
• 外部モジュール用のmPCIeコネクタ（I2CおよびUSB）

これらのオプションにより、キャリアボードは、カメラモジュール、PCIeモジュール、LAN、無線ネットワーク、USB経由での他のデバイス/コンピュータ、またはその他の外部ハードウェアとのインターフェースが必要な新製品のプロトタイピングに最適な選択肢となります。組み込みソフトウェアの開発に集中する間、キャリアボードを利用してインターフェース/機能性を確保することができます。しかし、実際のアプリケーションではこれらの追加接続がすべて必要とは限らず、アプリケーションに合わせて設計された独自のキャリアボードを検討することもあります。

Arduino Portenta H7用キャリアボードの設計

Portentaの現在のキャリアボードが気に入らない場合は、自分自身でキャリアボードを設計して、機能を拡張し重要な周辺機器を追加することができます。現在のキャリアボードは非常に汎用性が高く、周辺機器を使ったプロトタイピングに最適なオプションです。しかし、それはかさばるボードであり、特定のアプリケーションにおいてキャリアボード上のすべての周辺機器が必要でないかもしれません。妥協する代わりに、アプリケーションと必要なフォームファクターに合わせてカスタムキャリアボードを設計できます。

標準のCoMインターフェース（I2C/I2S、UART、GPIOなど）に精通している場合、Portentaモジュール用のカスタムキャリアボードを作成する絶好の位置にいます。これは、標準のルーティング要件がルーティングツールの設計ルールとして定義されている場合、はるかに簡単になります。Arduinoプラットフォームを使用するためのさらなるヒントやツールについては、こちらをご覧ください。

Altium Designer^®の高度なPCB設計およびレイアウト機能を使用すると、特定のアプリケーションニーズに合わせたカスタムキャリアボードをArduino Portenta H7周りに設計することができます。Altium365を通じてPortentaへのアクセスが間もなく利用可能になり、開発時間を短縮し、デザイナーが独自の製品グレードのソリューションを迅速に市場に投入できるように支援します。

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