探索Renesas FPB - RA6E2：快速原型开发板的深度解析

在嵌入式系统开发的领域中，拥有一款高效且功能丰富的快速原型开发板至关重要。Renesas的FPB - RA6E2快速原型开发板，为开发者提供了一个理想的平台，用于评估RA6E2 MCU组的特性并开发嵌入式系统应用。今天，我们就来深入了解一下这款开发板。

文件下载：Renesas Electronics RA6E2评估套件.pdf

一、开发板概述

FPB - RA6E2专为RA6E2 MCU组设计，借助Flexible Software Package (FSP) 和e2 studio IDE，用户能无缝评估RA6E2 MCU组的特性并开发嵌入式系统应用。其关键特性可分为两类：

1. MCU原生引脚访问

• MCU参数：搭载R7FA6E2BB3CFM MCU（简称RA MCU），具有200 MHz的Arm® Cortex® - M33内核，256 kB代码闪存、4 KB数据闪存和40 kB SRAM，采用64引脚LQFP封装。
• 引脚访问：通过2 x 32引脚公头（未安装）实现原生引脚访问，还设有MCU电流测量点，可精确测量电流消耗。
• 时钟源：具备多个时钟源，RA MCU内部有低精度（约1%）时钟，还可选择RA MCU振荡器和子时钟振荡器晶体，提供精确的24.000 MHz（未安装）和32,768 Hz参考时钟。

2. 系统控制与生态系统访问

• USB接口：配备USB全速设备（微型AB连接器）。
• 电源输入：有两个5 V输入源，分别是外部电源（使用2引脚头，未安装）和USB（调试，全速）。
• 调试功能：板载调试器（SWD）。
• 指示灯与按键：包含两个用户LED（绿色）、一个电源LED（绿色，指示稳压电源可用性）、一个调试/电源LED（黄色，指示电源和调试连接）、一个用户按钮和一个复位按钮。
• 生态系统接口：提供两个Digilent Pmod™（SPI、UART和I3C）连接器和Arduino™（Uno R3）连接器。

二、使用注意事项

1. 静电放电防护

CMOS设备易受强电场影响，导致栅极氧化物损坏和设备性能下降。因此，要尽可能减少静电产生，及时消散静电。可使用加湿器保持环境湿度，避免使用易产生静电的绝缘体，将半导体器件存放在防静电容器、静电屏蔽袋或导电材料中，所有测试和测量工具、工作台和地板都要接地，操作人员需佩戴腕带，避免用裸手触摸半导体器件，对装有半导体器件的印刷电路板也要采取类似防护措施。

2. 上电处理

上电时，产品状态未定义，LSI内部电路状态不确定，寄存器设置和引脚状态也未定义。在成品中，从上电到复位过程完成，引脚状态无法保证；对于通过片上上电复位功能复位的产品，从上电到电源达到指定复位电平，引脚状态同样无法保证。

3. 掉电状态下的信号输入

掉电时，不要输入信号或I/O上拉电源，否则可能导致设备故障和内部元件性能下降，需遵循产品文档中关于掉电状态下输入信号的指南。

4. 未使用引脚的处理

要按照手册中未使用引脚的处理说明进行操作，CMOS产品的输入引脚通常处于高阻抗状态，未使用引脚处于开路状态可能会引入额外电磁噪声，导致内部直通电流流动和误识别引脚状态，从而引发故障。

5. 时钟信号处理

复位后，要等操作时钟信号稳定后再释放复位线；程序执行中切换时钟信号时，需等待目标时钟信号稳定；使用外部谐振器或振荡器生成时钟信号时，要确保时钟信号完全稳定后再释放复位线。

6. 输入引脚的电压应用波形

输入噪声或反射波导致的波形失真可能引起故障，要防止抖动噪声进入设备，尤其是输入电平固定或通过VIL (Max.) 和VIH (Min.) 之间区域时。

7. 禁止访问保留地址

保留地址用于未来功能扩展，访问这些地址无法保证LSI的正确运行。

8. 产品差异

更换不同型号的产品时，要确认是否会出现问题，同一组中不同型号的微处理器或微控制器产品在内部存储容量、布局模式等方面可能存在差异，会影响电气特性范围。更换产品时，需对给定产品进行系统评估测试。

三、硬件架构与默认配置

1. 开发板架构

FPB - RA6E2的架构与FPB系列其他开发板类似，除MCU外，还有板载编程器、用于访问MCU所有引脚的引脚头、电源调节器、一些LED和开关以及多个生态系统I/O连接器（Pmod和Arduino）。

2. 跳线设置

• 铜跳线：有迹线切割型和焊桥型两种。迹线切割型跳线通过切割连接垫之间的迹线来隔离垫，切割后可变为焊桥型跳线；焊桥型跳线的两个隔离垫可通过施加焊料、放置小电线或安装SMD电阻等方式连接。
• 传统引脚头跳线：为传统小间距跳线，需外部分流器来打开/关闭，FPB - RA6E2上的传统引脚跳线为0.1”（2.54 mm）间距头，需使用兼容的2.54 mm分流器跳线。
• 默认跳线配置：文档详细列出了每个跳线的默认设置，包括铜跳线（Ex指定）和传统引脚跳线（Jx指定），不同跳线的功能与电路组相关。

四、系统控制与生态系统访问

1. 电源

• 电源设计：开发板设计为+5 V操作，板载低压差（LDO）调节器将5 V电源转换为3.3 V电源，为RA MCU和其他外设供电。
• 电源选项：有两种供电方式，一是通过调试USB，从外部USB主机向USB调试连接器（J8）提供5 V电源；二是通过头连接器J10，从外部电源向板上测试点提供5 V电源。
• 电源考虑：板载LDO调节器的内置电流限制为2.0 A，要确保RA MCU、板载有源功能和连接的外设所需的总电流不超过此限制。
• 上电行为：上电时，电源标识旁的绿色LED和黄色DEBUG LED会亮起。

2. 调试与跟踪

可使用板载SEGGER J - Link Emulator OnBoard调试器对FPB - RA6E2进行编程和调试。调试USB微型B连接器（J8）将RA4M2调试MCU连接到外部USB全速主机，通过SWD接口连接到目标RA MCU。黄色DEBUG LED可显示调试接口的状态，闪烁表示RA4M2调试MCU未连接到编程主机，常亮表示已连接，闪烁表示正在传输数据。在e2 studio中创建新项目时，需选择[J - Link (ARM)]作为调试硬件，[R7FA6E2BB]作为目标设备。

3. 生态系统

• Digilent Pmod™连接器：提供两个12引脚连接器，支持Pmod模块，RA MCU作为主设备，连接的模块作为从设备。可在固件中配置为支持多种Pmod类型，默认支持+3.3 V设备，也可支持+5.0 V设备，但要确保使用的模块具有3V3接口信号。
• Arduino™连接器：提供与Arduino Uno R3兼容的连接器接口，方便连接Arduino生态系统的模块。

4. 其他功能

• LED与开关：开发板上有四个LED，包括两个用户LED、一个电源LED和一个调试LED，用户LED可通过打开相应的迹线切割跳线与主MCU隔离。还有两个微型瞬时机械按钮式SMD开关，复位开关（S2）可重启RA MCU，用户开关（S1）可通过打开迹线切割跳线与MCU隔离。
• MCU启动模式：可通过安装两引脚头（J7）选择RA MCU的启动模式，正常操作（单芯片模式）时保持J7打开，启用SCI启动模式时需放置跳线。
• MCU时钟：板上装有RA MCU子时钟振荡器晶体，提供32,768 Hz参考时钟，也可选择安装RA MCU振荡器晶体，提供24.000 MHz参考时钟。

五、MCU原生引脚访问

1. 引脚头

通过未安装的J3和J4引脚头，可访问所有RA MCU接口信号和电源端口电压，引脚头的放置方便同时放置标准2.54 mm（0.100”）中心面包板，用于原型设计和测试自定义电路。

2. 电流测量

在RA MCU附近有电阻R94和测试连接器J9（未安装），用于测量MCU核心电流。移除R94后，可使用电流表连接J9引脚1和2测量电流消耗，也可将其替换为合适的低值电阻，使用电压表测量电压后根据欧姆定律计算电流。

六、推荐部件与认证

1. 推荐部件

文档列出了可选组件的推荐部件编号，如24 MHz晶体、不同规格的引脚头等。

2. 认证

FPB - RA6E2 v1开发板符合多项认证/标准，包括EMC/EMI标准（如FCC Class A、ICES - 003、CE Class A、UKCA Class A等）、材料选择与回收标准（如EU RoHS、中国SJ/T 113642014）和安全标准（如UL 94V - 0）。

七、资源与支持

开发者可访问相关网站获取开发板和RA系列微控制器的信息，下载工具和文档，获取支持。同时，Renesas欢迎用户提供反馈和功能请求，以不断提升产品体验。

Renesas FPB - RA6E2开发板功能强大、特性丰富，为嵌入式系统开发者提供了一个全面且便捷的开发平台。在使用过程中，开发者需充分了解其特性和注意事项，以发挥开发板的最大优势。你在使用类似开发板时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。