Arduino Nano R4レビュー：旧Nanoとの違いと、FFTデモで見る性能差

この動画はAvnetの提供でお送りします。

こんにちは。今日はArduino Nano R4をレビューします。多分皆さんも、なんで今更Nano R4なんてレビューするんだって思うかもしれないですが、実はNano R4は結構ひっそりと発売されていて、私も最近までこれが出ているということ自体知らなかったんです。

まずNano R4について時系列を追って説明していきます。2023年6月にArduino Uno R4 Minimaが発売されて、その後すぐにUno R4 WiFiが発売されました。R4についてはマイコンの部分がルネサスマイコンに変わって、性能がかなり上がったと発売当時かなり話題になっていました。しかし当時はこのUnoの形状のフォームファクターのみの発売となっていて、Nanoの発売はありませんでした。そのためR4についてはNanoのフォームファクターでの発売はなくて、ブレッドボードに直接挿して使いたいみたいなことはできない状態でした。

それから2年経過して、2025年の7月にArduino Nano R4が発売されました。私もNano R4が発売されたことを最近まで完全に見逃していて、たまたまR4が出ているというのを知りまして、さっそく購入してみた、そんな経緯があります。しかも性能的な違いやできることの違いについてはR4 Minimaとほとんど同じですので、小型化を希望していたユーザーにとっては朗報ではないでしょうか。

ということで今日は従来のArduino NanoとNano R4の違いや性能差を、使いながらレビューしていきます。その前に今日のスポンサーからセミナーのお知らせです。どうぞ。

組み込み開発をしている方、使ってきたマイコンもう作れません、そう言われたらどうしますか。ルネサスのSHやH8シリーズなど、長年使われてきたマイコンが次々とEOLを迎えています。基板を一から作り直すのは現実的じゃない、でも代替品もない。そこでソフト資産はそのままで、ハードだけFPGAに置き換えるという選択肢があります。実際どうやるのかというのを、このセミナーで聞いてみてください。

また同じ日の同じ会場で、x86プラットフォームを使ったエッジAIで何をどこまでできるのかというセミナーとデモ展示も同時開催します。実際の産業用PCで画像認識をリアルタイムに動かしています。開催は2026年7月10日金曜日、秋葉原UDX。参加無料、事前登録制です。さらに来場者には抽選で3名様に、AMDの最新SCU35評価ボードをプレゼント。個人ではなかなか入手しづらい1台です。セミナー席数には限りがありますので、事前登録は概要欄のリンクからお早めにどうぞ。

さっそくNano R4を見ていきます。基本的にはNanoのフォームファクターから変わっていません。ちなみに今左にある方は、これはArduino Nanoの互換機です。600円ぐらいで買えるものです。純正は結構高いです。価格については後で紹介します。

書き込みについては、両者ともパソコンにUSBでつなげばできますが、NanoではMini-Bだったのに対して、Nano R4ではUSB-Cになりました。そもそもMini-Bのケーブルを持っていないことも多いので、接続の仕様がUSB-Cに変わったのは嬉しい仕様変更です。

ピンヘッダーや部品の実装の仕様についても変わっています。Nanoは通常のスルーホールの仕様となっていて、裏面にも部品が実装されています。一方でNano R4は単面スルーホールの仕様になっていて、そして裏面には部品は一切実装されていません。そのため、このボードごと他のプリント基板に表面実装できるようになっています。

自作キーボードではラズパイPicoシリーズのマイコンボードをそのままキーボードの基板に表面実装していることがありますが、それと同じことがNano R4でもできるようになっています。Nano R4の基板を使って量産することはあまりないとは思いますが、小ロットの量産やマザーボードにそのまま表面実装できるようになっているのは良いです。

使っているマイコンは、NanoがATmega328Pという8ビットマイコンです。動作周波数は16MHz、フラッシュ容量が32kB、RAM容量が2kBです。Arduinoを使った人は、このRAM容量の少なさに苦しめられた人が多いのではないかと思います。特に大きなライブラリや配列バッファを扱おうとするとRAM容量が足りなくなって、何とかして容量を削減しようと辛い思いをしたこともありました。

Nano R4の方はどうかというと、Uno R4などと同じくルネサスのRA4M1、Arm® Cortex®の32ビットマイコンが搭載されています。通常のNanoと比べると、マイコン自体の性能が桁違いに上がっています。浮動小数点ユニットのFPUやDSPが内蔵されているので計算が速いですし、メモリーもフラッシュが256kB、RAMが32kBとなっていて、計算時間やRAM容量を気にしながらプログラミングする必要もなくなりました。こちらのNanoという極小サイズの中にそこそこ性能の高いマイコンが入っているので、組み込みに使うときには相当心強くなります。

このように全体的にNano R4はNanoの上位互換となっているので、今からNanoを購入するのであれば、Nano R4を選んだ方が良いかなとは思います。

あとは価格ですね。本家のNanoは秋月価格ですが4,200円します。Nano R4は2,860円なので、なぜか新しい機種の方が安いです。互換品のNanoはAmazonで1個600円くらいで安く売っていることが多いので、そのあたりのコスト感覚と性能差でどちらを選ぶかということになります。

ちなみにR4シリーズの互換機については、Minimaの互換機はあるといえばあるけれど、Uno R3のときほど多くはないです。またNano R4については互換機はほぼ存在しません。詳しいことはよく分からないので推測にはなるのですが、多分ルネサスがよく分からない業者にはマイコン自体を卸していないのでしょうね。そんな感じがします。

そのため使い分けについては、ディスプレイを使わない、プログラムの中でAD変換をする回数が少ない、かつ計算量もそこまでは多くない場合には、Nanoで十分かと思います。一方でNano R4を使うのはどういう場面かというと、RAM容量を多く使うディスプレイを使用したり、AD変換をプログラム中で何回もしたり、たくさん計算をするなど、そのようなケースではNano R4かなと思います。

今回はメインの機能紹介からは省いていますが、Nano R4ではオペアンプが入っていたり、DAコンバータを使ったアナログ出力、CAN通信ができるようになったというのも従来のNanoとは違っている点です。

ただ全てが全て上位互換ではなくて、唯一注意する点は、I/Oピンの電流がNano R4では8mAとなっています。これまでは20mAだったので、リレーやLEDを直結する場合は電流が足りなくなるかもしれないので要注意です。Nano R4の場合では外部のバッファ回路やドライバーを使わなければならない、そんな場面が出てくることもあるかと思います。

ここからはマイコンボードの性能差がよくわかるデモをやってみます。具体的に何をするのかというと、FFTを実行して、その結果をディスプレイに表示するということをやります。AD変換の速さやRAM容量、計算速度の速さなどの性能差が明確に分かるテストです。

こんな感じです。上がNano、下がNano R4です。信号源の入力がこちらにあって、両方のマイコンに入っています。その信号をAD変換して内部でFFTの計算をして、そしてその結果をディスプレイに表示するということをしています。では実際に信号を入力してみます。

このような波形です。周波数を変えてみると、このような波形です。一応両方ともしっかりとFFTはできていますが、実は内部での計算量はNanoとNano R4では大きく違っています。

まず表示から違っています。2つともほとんど同じプログラムを使っていますが、使うマイコンボードに合わせてFFTに使うサンプル数を変えています。Nanoの方は32サンプルで、Nano R4は256サンプルです。Nanoの方がサンプル数が少ないのは、主にRAM容量の少なさとサンプリングの遅さが原因です。

2kBのRAM上に32サンプル以上のデータを載せるのが難しい状況です。これ以上FFTの計算に使うサンプル数を多くすると、RAMの容量をオーバーしてしまい、そもそも動作できなくなってしまいます。

こちらの画面に表示されているように、32サンプルでも最大2048バイトのRAMのうちグローバル変数が639バイトを使っていて、残り1409バイト使えると書いてあります。まだ余裕があるようには見えますね。しかしこちらのOLEDのフレームバッファで1kB近く使うので、結構RAMの容量はギリギリだったりします。サンプル数を64に増やしても、コンパイルも通って書き込みもできますが、マイコンの電源を入れても動作はしません。

一方でNano R4のサンプル数は256としていて、Nanoの8倍のサンプル数としていますが、RAMの容量はまだまだ余裕があります。

そしてFFTのサンプル数がFFTの結果にも影響を与えています。Nanoの方はサンプル数が32なので周波数の分解能も粗いです。このように表示できるバーの数が少なくなっていますよね。一方でR4の方は256サンプルですので、FFTの結果である周波数の分解能も高くなっています。実際入力する信号の周波数を変えてみると、このぐらいの差が出ることが分かります。このように周波数の分解能は全く違っています。このようにRAMの容量の違いで、作れるプログラムの大小を思い知らされます。

またマイコン自体の計算速度やAD変換の速度も効いてきます。Nanoの方はAD変換の速度は遅いですし、内部での計算もそこまで速いわけではないので、サンプリング周波数は8kHzが限界です。そのためFFTできる信号の周波数の上限は4kHzとなります。Nano R4の方は計算速度やサンプリングが結構速めなので、サンプリング周波数は20kHzくらいまでは行けます。可聴域の20kHzまでは全然FFTできてしまうんですね。5倍くらい性能が良いです。

ただ、ここで使っているAD変換は、Arduino IDEで使えるアナログリードを使った場合です。このアナログリードは結構遅いです。R4に乗っているマイコンをルネサスのマイコンとして使うように、レジスタを直接いじるようなコードにすると、サンプリング周波数は100kHzくらいまで高くできます。NanoとNano R4のマイコン自体の性能差を見せつけられています。

というわけで今日はArduino Nano R4をレビューしてきました。R3世代のNanoと比べると大幅に性能向上をしていて、Nanoのフォームファクターを使いたいけれど性能不足で他のマイコンを使うしかなかった、そんな場合にはNano R4は救世主的な存在になるかと思います。

一方でRaspberry Pi Pico 2やSeeed StudioのXIAOなど、安くて高性能なマイコンは多数出てきています。このような中であえてNanoシリーズを選ぶのか、それとも他のマイコンに置き換えて、コストダウンと性能アップ、それが両立できるのかは、よく考えてから選んだ方が良さそうです。

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