瑞萨电子RA4L1 MCU的基本特性和应用场景

近日瑞萨电子推出了一款最新的RA产品RA4L1，它有哪些特性以及适用于什么样的应用场景呢？本篇文章给大家带来详细介绍。

基本信息如下：

内核Arm Cortex-M33，主频80MHz。

Code Flash 256KB/512KB可选，最小擦除单元为2KB，最小写入单元8Bytes。

Data Flash 8KB，最小擦除单元为256Bytes，最小写入单元1Bytes。

丰富的数字通信接口如UART，SPI，IIC/I3C，Smart Card，Simple LIN，USB Full-Speed，CANFD，SSIE （Serial Sound Interface Enhanced），段码LCD控制器（支持8位48段）。

丰富的模拟资源：12位ADC，12位DAC，两路低功耗模拟比较器，温度传感器。

丰富的PWM定时器。

低功耗特性。

安全和加密相关的特性。

特别值得一提的是RA4L1的低功耗特性，包括了以下几个方面：

支持宽电压（1.6V~3.6V）操作。

唤醒时间短，最快可达3.5 µs（MOCO作为系统时钟源时）。

支持低功耗串口UARTA（Low Power UART），不同于通用的SCI接口（时钟源为PCLKA），UARTA的时钟源可以从UARTAMCLK（主时钟输入），UARTALCLK（低速片上振荡器），UARTASCLK（副时钟输入），UARTAHCLK（高速片上振荡器）和UARTAMOCLK（中速片上振荡器）中任选其一。

从低功耗唤醒后系统无需回到复位向量，避免冲击电流对系统带来的影响。

另外，RA4L1搭载了瑞萨安全IP（RSIP-E11A），通过硬件支持丰富的加密解密功能，如对称算法如AES（支持128-bit和256-bit两种密钥长度），非对称算法如ECC（支持最大256-bit密钥长度，支持NIST P-256、Brainpool P256r1和secp256k1三种曲线）。另外，结合独有的密钥管理机制，RA4L1可以保护客户的关键IP和算法。

开发工具的支持可以通过以下一张图概括：

图  RA4L1开发工具和开发板

跟其他的RA产品一样，RA4L1支持的调试器包括瑞萨电子的E2/E2 Lite/EZ-CUBE3，Segger公司的J-Link，IAR公司的I-jet，Arm公司的ULINK，开源的CMSIS-DAP。

软件开发依赖FSP（Flexible Software Package），FSP不仅提供了HAL Driver级别的驱动，还包含丰富的中间件如文件系统、USB协议栈和网络协议等。另外，FreeRTOS和Azure RTOS的配置均可通过FSP UI界面完成。FSP从v5.8.0起支持RA4L1，所有内容托管在GitHub上，可自行下载。（您可复制下方链接至浏览器，或扫描二维码进行查看）

编译器则支持商用的Arm Compiler V6及IAR Arm Compiler，同时支持免费的GNU以及Arm LLVM。对于编译器的版本要求，请参考下方链接页面Tools列表中的细节。

FSP可以内嵌到瑞萨电子基于eclipse平台的IDE e2 studio中使用。对于第三方的IDE如Keil MDK和IAR Embedded Workbench for Arm，FSP需要结合RASC （RA Smart Configurator）独立运行插件使用，更多细节可参考RASC的文档（您可复制下方链接至浏览器，或扫描二维码进行查看）。VS Code在调试RA设备上的支持正在持续改进中，敬请期待。

各工具的下载链接请参考表格中的内容：

	名称	版本/下载链接
IDE	e2 studio	https://www.renesas.cn/zh /software-tool/e-studio#downloads
	Keil MDK	https://www.keil.com/update/rvmdk.asp
	IAR Embedded Workbench for Arm	https://www.iar.com/products/architectures /arm/iar-embedded-workbench-for-arm/iar-embedded-workbench-for-arm-free-trial-version/
工具链	LLVM	https://github.com/ARM-software /LLVM-embedded-toolchain- for-Arm/releases
	GCC	https://developer.arm.com/downloads /-/arm-gnu-toolchain-downloads
ICE	E2 & E2 Lite	https://www.renesas.com/en/software -tool/e2-emulator-rte0t00020kce00000r https://www.renesas.com/en/software -tool/e2-emulator-lite-rte0t0002lkce00000r
	J-Link	https://www.segger.com/products /debug-probes/j-link/
	I-jet	https://www.iar.com/products/ architectures/arm/i-jet
代码 生成器	RASC（RA Smart Configurator）	说明文档： https://renesas.github.io/fsp /_s_t_a_r_t__d_e_v.htm l#RASC-MDK-IAR-user-guide
	FSP	https://github.com/renesas /fsp/releases/

关于示例代码和开发板，可以参考以下表格中的链接：

名称	简要说明	下载链接
RA产品 例程	包含RA系列产品 的大部分例程注	https://github.com /renesas/ra-fsp-examples
开发板	RA系列的EK板	https://www.renesas.com/en /products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra-kits

注：RA4L1的例程会在RA4L1正式发布后更新

图  EK-RA4L1顶视图

EK-RA4L1延续了RA系列EK的一贯风格，将MCU芯片本体、特别功能和系统控制等依次排开。

主要介绍以下几个部分：

MCU

板子下方居中的是MCU RA4L1，EK-RA4L1采用了100-pin的R7FA4L1BD3CFP，Code Flash大小为512 KB，Data Flash大小为8KB。

所有I/O都连接到三个双排插针（2.54mm间距），方便进行功能验证。

底端的J2是段码LCD接口，套件中包含的RTKLCDSEG1S00001BE（8 COM 44 SEG）可以直接插在板上，连接后的效果图如下：

图  EK-RA4L1连接段码屏效果图

J-Link OB Debug Interface

DEBUG1是Type C USB插座，用于连接调试器和PC。DEBUG2和DEBUG3是1.27mm间距的调试接口，支持两种功能：外部调试器连接用于调试RA4L1（External Debug），利用板载的J-Link OB（Debug Out）调试外部的Arm核产品。具体选择何种功能，请参考原理图上的说明。

图  EK-RA4L1调试接口

USB Full Speed Connector

RA41L支持USB 2.0全速模式，共有10个pipe，可以满足大部分简单的USB应用需求。

QSPI

RA4L1支持外部Nor Flash，板载一颗256 Mb （32 MB）Quad-SPI Flash （MX25L25645GZNI-08G），从地址0x60000000开始的地址即为QSPI空间。通过指定关键字声明的变量和函数可以直接放在QSPI Flash区域，扩大了可用的存储空间范围，结合文件系统等可以对大量数据进行管理和操作。更多细节请参考FSP手册的说明。

PMODs

EK-RA4L1支持两个Digilent PmodTM口，遵循标准的PMOD规范，支持SPI、UART和IIC等接口，可以连接兼容的传感器模块等外部器件。

microBUS

EK-RA4L1支持MikroElektronikaTM microBUS连接器，兼容标准2.00版本的规范。

功耗测试点TP1 TP2 TP3 TP4

在MCU的电源通路上，有两个高精度5 mΩ电阻，通过测量该电阻两端的压降，可以计算MCU的VCC和VCC_USB的电流消耗。

需要特别提醒一点，由于RA4L1的引脚功能复用比较丰富，板上增加了八档拨动开关S4，用于将MCU的引脚连接至不同的电路接口。使用时需检查S4的状态和当前的配置一致。

图  EK-RA4L1 S4拨动开关

除GitHub上托管的示例代码，我们也会持续向Gitee上传一些示例代码，以下即利用RA4L1实现ECDH （Elliptic-curve Diffie–Hellman）的示例代码。RA4L1和RA4M2通过ECDH得到一致的shared secret，用于后续的通信加密。