1. なぜ21世紀にレガシーCPUなのか

長期に渡って供給しなければならない組込システムの場合、CPUの置き換えは大きなコストが発生します。レガシーなCPUを新しいものにする場合、様々な苦労が発生します。

例えば、

1. ソフトウェアはすべて書き直しとなります
2. 周辺デバイスの構成を見直すことになり、大幅な設計工数増となります
3. 最初に書かれたアセンブラをC言語のような汎用言語に置き換える必要があります。

一方、既存のCPUを使い続けるのにも、リスクがあります。

4. 供給が長期に渡ると、ビジネスの収益性は落ち、将来CPUの生産中止が起きた時に、再設計の工数が取れなくなる
5. 周辺部品が時間の経過とともになくなる

これらの問題の解決策として、互換半導体IP（知的資産）とFPGAを使う方法があります。

2. モトローラ68000の場合

例えば、モトローラのMC68000をIPで置き換える場合を考えます。

いわゆる68Kは、MC68000に始まります。MC68000は、1979年に当時のモトローラ社によって開発された32-bit プロセッサです。以降68010、68020、68030等々と続き、上位互換となっています。セカンドソースとしては、日立（HD68000）、モステック (MK68000)、ロックウェル(R68000)、シグネティックス( SCN68000)、トンプソン (EF68000 / TS68000)、東芝 (TMC68000)などが同一仕様のプロセッサを供給していました。

IPは、米国CAST社のMC68000互換Processor IP(C68000)を使用します。これはMC68000の32-bit内部バスと16-bit外部バスの機能をそなえています。 FPGAに搭載すれば、そのままMC68000とセカンドソース品と同様、システムのROMにあるプログラムを実行することができます。また、追加機能としてIEEE1149.1(JTAG)のポートをサポートしています。よって、ソフトウェア開発では、サードパーティのJTAG コンパイラ/デバッガを用いてソフトウェアの機能拡張が可能です。

3. CAST社 IP導入のメリット

IP導入により、以下のようなメリットが出ます。

1. 既存のソフトウェア資産がそのまま使えます。
2. 生産中止のリスクがありません。使用しているFPGAが生産中止になっても、その時点の最適なFPGAに乗せ換えることで対応できます。
3. 他の周辺もIP化することで、周辺デバイスの生産中止にも対応可能できす。
4. 周辺デバイスのIP化により、量産コストを削減することができます。
5. IPは、オリジナル・デバイスより高い性能を実現しています。これにより、 性能向上ができ、製品余命を延ばすことができます。
6. 68000を搭載モジュールが複数ある場合、FPGAの中にまとめて入れてしま
   うことができます。
7. C言語導入によるメンテナンス性向上

4. 他のデバイスで置き換える場合との比較

過去開発経験があるディスクリートCPUで、元のCPUを置き換える方法もあります。FPGAとIPを使うより、ディスクリートCPUのほうがよい場合もあります。以下のようなケースはディスクリートCPUのほうがよいでしょう。

1. 製品余命があまり長くない場合（あと数年供給すればよい）
2. プログラムのコードサイズが小さい場合、書きなおしは容易です。特に大半がC言語で書かれている場合は、書きなおしは更に楽になります。
3. FPGAやIPを使った経験が乏しい場合で、自社で沢山使われているプロセッサがあれば、それを使うほうがよいでしょう。

5. スコア・シート による判断

様々な要因があるため、下記のようなスコア・シートをチーム構成メンバ全員でつけることで、客観的な意思決定ができます。

例えば、最初の「組込製品の寿命」では、残り何年あるかで、IP導入のメリットが出るかどうかが変わってきます。短ければ、ディスクリートで置き換えても、そのプロセッサが生産中止になる確率は低く、大丈夫です。一方、製品寿命が１０年を超えるようですと、置き換えたプロセッサが、再び生産中止になる確率は高まります。この例では、10年以上ですから、ディスクリートでの置き換えはリスクがあります。

このように個々の項目を精査し、比重を考え、点数化（スコアリング）を行います。

6. 具体的な置き換え作業

実際に置き換えるにあたっては、まずIPコアをハードウェア・プラットフォーム上で評価しなければなりません。もし、お手元のアプリケーション・ソフトウェアがシリコンIPの68000プロセッサで動作するのであるならば、MC68000の置き換えは可能です。

下記は、抽象化したMC68000搭載システムの図です。

(図：MC68000搭載システム)

I/O 1, I/O 2, I/O 3の部分は、お手元のI/O部品に置き換えて考えてみて下さい。例えば、I/O 1 はシリアル、I/O 2はパラレル、I/O 3は、他システムとつながるVMEバスインターフェース、といった具合です。

これに対し、IP化した場合のイメージは、以下のようになります。

(図：シリコンIPC68000搭載システム)

市版のFPGAシステムなどをうまく使って、C68000上で、MC68000のファームウェアを動作させます。

MC68000互換Processorコア

本稿に書かれたスコアリングの詳細、評価方法、ライセンスなどについて関心がありましたら、下記までお問い合わせ下さい。