在物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算爆發(fā)的時(shí)代，低功耗已成為嵌入式設(shè)備的“生存法則”——無論是常年待機(jī)的環(huán)境傳感器、靠電池供電的智能終端，還是對(duì)能耗極度敏感的便攜設(shè)備，硬件設(shè)計(jì)者們的終極目標(biāo)，往往是在性能與功耗之間找到那個(gè)微妙的平衡點(diǎn)。為了滿足行業(yè)的需求，瑞薩電子近期推出了RA4L1主控MCU及配套的評(píng)估套件，今天就由我來帶領(lǐng)大家了解一下這款全新的評(píng)估套件RTK7EKA4L1S01001BE。

開箱介紹

該套件依然采用瑞薩一貫的風(fēng)格，經(jīng)典的藍(lán)白包裝，凸顯簡(jiǎn)約而又高端大氣。在包裝的正面是瑞薩公司的Logo,而在側(cè)面則說明了該套件的具體名稱及其他相關(guān)信息。

打開包裝盒，首先映入眼簾的是一張卡片，上面說明了該開發(fā)板的基本情況以及給出了相關(guān)資料的網(wǎng)址，通過這些信息用戶可以很容易的獲取開發(fā)板對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)、快速開始向?qū)У葍?nèi)容。緊接著就是我們今天的主角及相關(guān)配件了。與其他開發(fā)板不同，瑞薩公司這次采用了三層式包裝：第一層為開發(fā)板，第二層為L(zhǎng)CD屏幕，第三層為相關(guān)的USB電纜、4個(gè)尼龍銅柱等配件。

硬件介紹

下面就讓我們來看看今天的主角RA4L1開發(fā)板，整個(gè)板子約為150mm*80mm大小，整體成深藍(lán)色，顯得厚重沉穩(wěn)。在開發(fā)板的正面包括主要的IC、用戶按鍵以及各種接口，而在開發(fā)板背面則沒有任何主動(dòng)器件，但為了更好的保護(hù)板卡，瑞薩公司貼心地安裝了四個(gè)橡膠腳墊。

為了適用于不同的用戶需求，整個(gè)板卡分為三個(gè)主要部分，分別為MCU原生引腳區(qū)（Native Pin Access Area）、特色功能區(qū)(Special Feature Access Area)以及生態(tài)系統(tǒng)區(qū)（System Control and Ecosystem Access Area）.具體如下圖所示：

而下圖是整個(gè)RA4L1開發(fā)板的功能框圖，可以清晰的看到上述三個(gè)區(qū)域包含了哪些具體的模塊和功能，如：32MB（256Mb）外部 Quad-SPI 閃存，USB 全速主機(jī)和設(shè)備接口，調(diào)試接口，三色用戶LED燈、2個(gè)用戶按鍵以及5個(gè)最受歡迎的生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展等。

首先讓我們來看看MCU原生引腳區(qū)（Native Pin Access Area）部分，該部分是一個(gè)最小系統(tǒng)，包括主控MCU、晶振、必要的電阻、電容等器件。同時(shí)，為了方便用戶對(duì)MCU進(jìn)行評(píng)估，在該區(qū)域通過預(yù)留的2.54mm間距焊孔引出了MCU的所有引腳，特別值得一提的是，區(qū)域內(nèi)還給出了4個(gè)測(cè)試點(diǎn)(TP1-TP4)用于MCU電流測(cè)試。另外，該區(qū)域還提供了一個(gè)25*2的排針用于連接段碼 LCD，便于用戶評(píng)估段碼 LCD 驅(qū)動(dòng)器模塊。

在整個(gè)MCU原生引腳區(qū)最核心的當(dāng)然是主控芯片了，通過查閱相關(guān)資料我們可以知道，整個(gè)瑞薩RA系統(tǒng)的MCU可以分為RA8、RA6、RA4、RA2以及RA0 5個(gè)系列，而RA4系列主要面向需要兼顧安全、性能和功耗的應(yīng)用場(chǎng)景，如下圖所示

下圖對(duì)整個(gè)RA系列的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了詳細(xì)的分類說明，可以看到得益于功耗、性能及安全的平衡，RA4系列幾乎可以適用于所有的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖中我們可以看出RA4系列中還包括了RA4M、RA4E、RA4W等多個(gè)產(chǎn)品線，而這塊開發(fā)板上所搭載的為今年最新推出的RA4L1芯片，它主要面向RA4系列中的低功耗應(yīng)用場(chǎng)景，包括LQFP和QFN兩種封裝，閃存大小也有256KB和512KB兩種。我們開發(fā)板上的這塊RA4L芯片的完整型號(hào)為R7FA4L1BD4CFP，它是一塊具有100個(gè)引腳、采用LQFP封裝的MCU，同時(shí)還具有以下特點(diǎn)：

• 支持 TrustZone 的 80MHz Arm Cortex-M33內(nèi)核
• 支持 BGO 的 512KB 雙區(qū)塊閃存
• 支持 32KB 奇偶校驗(yàn)和 32KB ECC 的 64KB SRAM
• 8KB 數(shù)據(jù)閃存
• 168μA/MHz 工作電流、1.65μA 待機(jī)電流
• 6 個(gè) SCI 多功能串口（UART、簡(jiǎn)單 SPI、簡(jiǎn)單 I2C）
• 具有USB 2.0 FS、I3C 、CAN FD以及SPI/I2C 多主接口
• 12 位 ADC 和 12 位 DAC
• 8 x 48 段碼 LCD 驅(qū)動(dòng)器
• 12 通道電容式觸摸
• 串行音頻接口 (SSI)
• 高級(jí)安全引擎支持：TRNG、唯一ID、AES、ECC、SHA

與原生引腳區(qū)（Native Pin Access Area）相鄰的是特色功能區(qū)(Special Feature Access Area)，在該區(qū)域內(nèi)包含了32MB（256Mb）外部 Quad-SPI 閃存，3針的CAN-FD接頭，以及用于配置的撥碼開關(guān)。

該撥碼開關(guān)共有8路，每一路都有特殊的用途，下圖是對(duì)該撥碼開關(guān)每一路用途的描述，可以看到通過撥動(dòng)該開關(guān)可以對(duì)包括Pmod在內(nèi)的多個(gè)模塊或功能進(jìn)行設(shè)置。

緊鄰著特色功能區(qū)(Special Feature Access Area)的是生態(tài)系統(tǒng)區(qū)（System Control and Ecosystem Access Area），該部分也是功能最多最復(fù)雜的區(qū)域。為了便于工程師們更好地評(píng)RA4L1芯片的強(qiáng)大的功能，該區(qū)域包含了多種不同的主流接口。

首先是DEBUG模塊，它位于開發(fā)板的右邊，包含了一個(gè)Type-C USB接口、多個(gè)跳線以及Debug芯片。為了做到兼容性，開發(fā)板上的Debug模塊包括了Debug on-board/Debug in/Debug out三種工作模式，即用板載的仿真器調(diào)試開發(fā)板上的主控，用外部的仿真器調(diào)試開發(fā)板上的主控以及用板載的仿真器調(diào)試其他外部主控。

這三種模式通過跳線進(jìn)行選擇，具體如下圖所示：

而在低功耗模式下，DEBUG模塊依然能夠正常工作，但跳線需要進(jìn)行一些更改，具體如圖所示：

在DEBUG模塊的正對(duì)面，板子的左邊也有一個(gè)Type-C USB接口，這是評(píng)估板提供給工程師的USB全速接口，這個(gè)接口可以根據(jù)用戶需要通過跳線配置為USB Device和USB HOST。

為了便于工程師們使用，開發(fā)板上還提供了3個(gè)可以控制的LED(LED1,LED2,LED3)以及2個(gè)用戶按鍵（S1,S2）,它們位于USB FULL SPEED接口的上方，其中S2,S2分別與MCU的P000和P001引腳連接，對(duì)應(yīng)中斷 IRQ6和IRQ7, 而LED1,LED2,LED3則分別與MCU的P609,P610,P601相連。

除了上述基本功能外，本RA4L1開發(fā)板最有特色的就是支持各種嵌入式生態(tài)系統(tǒng)，包括各種目前主流的開源硬件接口，如：

• 2個(gè)Grove 接口
• 1個(gè) Qwiic 接口
• 2個(gè) Digilent Pmod接口
• Arduino接口
• mikroBUS接口

另外，為了使用戶自由選擇芯片的啟動(dòng)模式，開發(fā)板還提供了J16啟動(dòng)模式跳線，當(dāng)處于芯片獨(dú)立工作模式時(shí)，將J16斷開，而當(dāng)需要進(jìn)入SCI boot或USB boot模式時(shí)需要將該跳線短接。

除了豐富的硬件資源外，瑞薩公司為RA4L1評(píng)估套件提供的軟件工具也是非常多的。由于該芯片是基于ARM內(nèi)核的，所以有很多調(diào)試工具、軟件都是可以使用的，如下圖所示：

當(dāng)然，瑞薩公式為了便于工程師們進(jìn)行快速開發(fā)，也提供了一套完整的編譯、調(diào)試軟件，即FSP軟件開發(fā)包，可以在如下網(wǎng)址中免費(fèi)下載（https://www.renesas.com/en/software-tool/flexible-software-package-fsp#overview），該FSP開發(fā)板約有1.7G，最新版本為5.8.0。在該開發(fā)包中包括了調(diào)試器驅(qū)動(dòng)，e2studio等開發(fā)調(diào)試所需的各種軟件，用戶只需要直接安裝即可。

除了下載并安裝調(diào)試工具之外，相關(guān)的例程也是必不可少的，在下面鏈接（https://www.renesas.com/en/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ek-ra4l1-evaluation-kit-ra4l1-mcu-group）中用戶可以下載到開發(fā)板的2個(gè)示例。

上電測(cè)試

在下載完所需要的開發(fā)工具和基本例程之后我們就可以開始動(dòng)手實(shí)踐了。由于開發(fā)板內(nèi)部就自帶有測(cè)試程序，因此還需要下載串口終端軟件，在這里推薦Tera Term，這是一款開源的虛擬終端軟件，支持TCP/IP和串口連接方法。然后，使用套件內(nèi)的USB電纜通過DEBUG接口連接電腦與開發(fā)板，由于我們?cè)谶@里使用的開發(fā)板內(nèi)置的調(diào)試器，所以要確保J6,J6A,J9,J8跳線正確（按照開發(fā)板出廠默認(rèn)即可）。

插上USB電纜以后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別出一個(gè)新的串口（如圖中的紅框處，會(huì)根據(jù)電腦有所不同），點(diǎn)擊OK后確定選擇此串口

隨后，點(diǎn)擊“設(shè)置”->”串口”菜單，在彈出的對(duì)話框中選擇115200波特率，點(diǎn)擊“New setting”進(jìn)行設(shè)置。

在開板上按下紅色的重啟按鈕后，就可以在Tera Term終端上顯示出開發(fā)板內(nèi)置程序提供的菜單了。此時(shí)用戶可以根據(jù)菜單的提示，輸入1-5，測(cè)試開發(fā)板對(duì)應(yīng)的功能，包括SPI速度測(cè)試、段式LCD顯示測(cè)試，低功耗模式測(cè)試等等。

如果要對(duì)開發(fā)板進(jìn)行開發(fā)，則需要使用到前面下載的FSP軟件開發(fā)包以及對(duì)應(yīng)的例程文件，由于在FSP開發(fā)包里包含了e2 studio, 仿真器的驅(qū)動(dòng)以及RA4L1開發(fā)所需的各種庫(kù)文件，因此無需額外下載更多的東西。運(yùn)行e2 studio軟件，首先設(shè)置我們的項(xiàng)目即將放置的位置：

隨后選擇導(dǎo)入項(xiàng)目：

在彈出的界面中選擇“Existing Projects into Workspace”準(zhǔn)備將已經(jīng)有的項(xiàng)目導(dǎo)入到工作區(qū)中：

選擇“Select root directory”, 導(dǎo)入我們下載的例程的目錄（在這里我們選擇quickstart_ek_ra4l1_ep例程），并選擇Finish。此后，我們就可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)例程進(jìn)行修改了。

在導(dǎo)入項(xiàng)目后，選擇例程目錄下的configuration.xml文件，

隨后我們選擇需要修改的模塊配置（在這里我們選擇ADC模塊），然后點(diǎn)擊下方的屬性，可以看到可以對(duì)通用信息、中斷等情況進(jìn)行修改。修改完成后，點(diǎn)擊上方的“Generate Project Content”即可更新配置。

配置完成后，點(diǎn)擊“Project”菜單欄下的”Build”按鈕對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，能夠生成“elf”文件這說明編譯成功。

隨后對(duì)Debug方式進(jìn)行配置，點(diǎn)擊如下菜單中的Debug Configurations，進(jìn)入Debug配置菜單，按照下圖中的顯示進(jìn)行配置。

點(diǎn)擊上圖中的Debug按鈕后，開始對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)試，用戶可以按F6或F5按鈕進(jìn)行單步調(diào)試。

總結(jié)

這是一款能夠兼顧功耗、性能的MCU，RA4L1系列可以在多個(gè)場(chǎng)合使用，而在RTK7EKA4L1S01001BE評(píng)估套件上也集成了PMOD，Qwiic等5個(gè)主流的開源硬件端口和Debug調(diào)試器。同時(shí)瑞薩公司也為其提供了豐富的軟、硬件配套資源，從硬件設(shè)計(jì)原理圖、到不同場(chǎng)景的應(yīng)用案例以及軟件開發(fā)包和配套的例程，應(yīng)有盡有。這些資源都能夠極大地降低工程師們對(duì)RA4L系列MCU的評(píng)估成本，同時(shí)還可以輕松實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)意。相信在不遠(yuǎn)的將來瑞薩RA4L1系列MCU將會(huì)在嵌入式行業(yè)大放異彩。