RA8 MCU本身已经集成了2M字节的Flash,1M字节的SRAM,在大多数应用场景下无需外扩存储。
CPKHMI-RA8D1B核心板作为RA8 MCU的开发/演示板,需要支持各种评估和使用的需求,在板上搭载了SDRAM和Octa NOR Flash,以及其他必需的外围器件。
最小系统包括系统MCU的供电和系统控制功能。
RA8D1 MCU可以使用单一3.3V供电,简化系统设计。但MCU 本身有4个主要的电源域
- VCC:为MCU的主要供电电源,支持大部分片内设备的运行
- VCC2:为部分I/O口提供一个独立的电源,例如Octa-SPI接口,可以通过VCC2使用1.8V电平
- AVCC:为模拟电路和模拟I/O口提供电源
- VCL:MCU核心供电,不影响I/O电平
- RA8 MCU片内自带DC-DC电路,可以使用片内DC-DC为VCL供电
- 也可以使用外部DC-DC芯片为VCL供电,电压为1.2V
除了这些主要的电源,RA8 MCU还有两个特殊的电源域
- VBATT:电池供电引脚,为片内的可在低功耗模式下运行的外设供电,例如RTC
- VBATT不影响I/O口电平,如果不需要使用VBAT,可以将VBAT直接连到VCC
- RA8D1B MCU支持MIPI-DSI接口,MIPI-DSI需要一个独立的1.8V供电。
RA8的供电方式和芯片的运行模式有很多互相影响的地方,在后续的RA8电源设计章节中有详细的解释。
RA8 MCU的系统控制包括时钟,复位和系统控制。
RA8D1/M1/T1 MCU具有三个内部时钟源和两个外部时钟接口,启动时会使用MOCO作为系统时钟。即使不接任何外部时钟,RA8 MCU也能开始运行。
在核心板上,外接了24MHz的主时钟和32.768K的副时钟,以满足系统设计的各种要求。
RA8 MCU上的副时钟管脚是独用的,没有和GPIO复用,一般接一个32.768K的晶体。RA8内部的HOCO(片内高速时钟)可以通过这个32.768K时钟进行自动校准(FLL),达到±0.25%的精度,满足一部分应用的需求。
主时钟管脚和P212/P213口复用,对于其他有更高时钟精度要求的应用,需要外接时钟晶体。例如USB HS的PHY时钟就只能使用这个主时钟源,且限制在12/20/24/48MHz这四个频率点。
RA8 MCU还支持使用USB全速接口进行USB Boot,此时对系统时钟也有一定要求,具体可以查看RA8的调试和烧录接口章节。
系统控制管脚包括RESET和MD。
RA8的RESET电路里包含了上电复位电路(POR),无需外部延时(阻容电路或RESET芯片),详见手册5.3.2 Power-On RESET
章节,上电时如果RESET管脚为高电平,POR电路会开始工作,为片内各个部分提供RESET信号。
核心板上也安装了一个RESET按键。
MD管脚和P201复用,用来确定芯片RESET后的工作状态。MD=0表示芯片进入SCI-Boot/USB-Boot模式, MD=1则进入正常工作模式或SWD-Boot模式。
在芯片复位时,P201管脚会被硬件逻辑设置成输入并有片内上拉,即不接任何外部电路时,MD=1。如果这一设计已经可以满足您系统的要求,那就无需预留外部下拉电阻。
- 详见手册
19.2.5 Port mn Pin Function Select Register
Note 1:The initial value of P201 is 0x0000_0100
- 核心板上没有预留MD控制电路,如有需要,请在用户扩展板上实现MD控制。
其他的系统控制功能还有:
-
P200/NMI:根据手册
19.4 Handling of Unused Pins
要求,上拉至VCC。NMI中断在缺省状态是不使能的,详见手册13.2.11 NMIER : Non-Maskable Interrupt Enable Register
,此处的上拉是一个预防性措施。P200本身只能作为GPIO输入端口,弱上拉不影响使用。 -
按键和LED:核心板上安装了一个用户按键(P008)和一个用户LED(PA01),已经在BSP中设置好,可以直接在FSP里使用。
核心板上扩展了3个存储器
- 32位总线宽度的SDRAM,使用外部总线控制器的SDRAM接口,地址范围0x6800_0000 ~ 0x6FFF_FFFF,最大128M字节。核心板上使用的是华邦的W9812G2KB,容量为16M字节。
- OSPI NOR Flash,使用RA8 MCU的Octal SPI接口,板上使用的是华邦的W35T51NW,容量为64M字节。
- OSPI接口在VCC2电源域,VCC2=1.8V
- RA8的Octal SPI接口(OSPI_B)支持xSPI协议,符合JEDEC标准JESD251(Profile 1.0 and 2.0)、JESD251-1和JESD252。
- 硬件设计上兼容Octa NAND (W35N01JW)和 HyperRAM(W958D8NBYA),如您需要评估,瑞萨可以提供实装了括号内器件的核心板。
- TF卡槽,使用VCC2电源域的管脚,支持1.8V I/O的TF卡,即下图中的SDR12和SDR25模式。
有关RA8D1/M1/T1外部存储扩展的详细信息,会在后续的RA8外接存储扩展章节中有详细的解释。
核心板上已经搭载了Segger JLink-OB电路,使用的主控是瑞萨的RA4M2 MCU。
此版本的JLink OB提供了SWD调试功能和一个USB CDC串口,可以同时实现调试和串口通信,用户使用时无需再外接一个串口芯片。核心板上使用RA8的串口3(P408/P409)和JLink-OB的串口进行通信。
此版本的JLink OB还支持RA MCU的扩展功能。包括:
- RA MCU 的SCI-Boot模式,通过控制RA8 MCU的RESET和MD信号使RA MCU进入SCI Boot,并通过RA MCU的P208和P209实现串口通信。(CPKCOR-RA8D1B核心板预留了和Jlink OB的这个接口,但没有使用)
- RA8D1/M1/T1的SWD-Boot模式,通过控制RA8 MCU的RESET信号,在RESET低电平时向SWD接口的寄存器写入特定内容,RESET拉高后,RA8 MCU即进入SWD Boot模式,通过SWD接口和调试器通信(CPKCOR-RA8D1B缺省支持这个模式)。
在您设计自己的电路时,可以参考核心板的调试电路连接,但请务必确保调试器的RESET信号连到了RA8 MCU上。
在RA MCU复位后,SWD/JTAG调试接口使用的P2端口上I/O缺省设置为调试口,以便调试器可以连接到MCU。详见手册Table 19.8 Register settings for input/output pin function (PORT2)
。如果需要将这些端口在应用程序中作为GPIO来使用,需要进行对应的设置。如果作为GPIO使用了,那需要再次连接调试器时,要配合RESET复位才能实现连接。
核心板上还预留了J902通孔接口,可以外接其他调试器,更多调试相关的内容会在后续的RA8的调试和烧录接口章节中有详细的解释。
RA8D1 MCU支持一路高速USB 2.0和一路全速USB,核心板上只使用了高速USB 2.0接口,未将全速USB接口引出。
RA8D1的高速USB 2.0支持主机和设备模式,核心板上使用了USB 2.0 Type-C 接口,通过外接电路实现了USB Host和USB Device的自动识别和切换。
Type-C接口本身使用CC1和CC2信号来识别和判断USB类型,供电状况,以及实现PD通信。RA8D1 MCU核心板并不需要复杂的供电协议,也不会需要大电流供电支持,所以在设计上尽量简化,使用简单的数字逻辑(不使用专门的CC协议芯片)来实现主从切换和供电。
当USB Type-C设备连到JUSB接口时,CC1/CC2上会有一个下拉电阻到地,USBHS_ID变为低电平,U402导通为USB Type-C口提供5V供电,此时RA8的USB-HS模块工作在Host模式下。
当JUSB作为设备接入USB主机时,USBHS_ID为高电平,U402不工作,USBHS_VBUS检测到3.3V,USB模块工作在Device模式下。
- 由于电路设计限制,如果USB主机端是标准的Type-C接口,此时核心板上没有CC1/CC2下拉到地,主机端无法得知有设备插入,从而不对端口供电,核心板无法取电。即使核心板有其他电源供电,主机没有识别到设备插入,也不会开启主机的USB-C端口,无法通信。
- JUSB接口如果要作为设备使用,请使用主机端的USB-A接口,USB-A口会持续为设备供电。也可以在USB-C接口上添加一个Type-C -> Type-A的转换接口(转换接口里包含CC1/CC2的下拉电阻,诱骗Type-C口供电)。
更多USB接口相关的内容会在后续的RA8 USB 2.0 高速接口章节中有详细的解释。
作为开发板,扩展功能是不可缺少的。CPKCOR-RA8D1B有两种类型的扩展接口,适合不同类型的需求。
使用2.54mm间距的通孔设计,方便用户使用单排针和杜邦线进行扩展。
通孔扩展分为两个部分,一个是J901和J902两个4针的扩展接口,主要实现调试口和串口的扩展。
通孔扩展接口的详细使用介绍,请查看后续的CPKCOR-RA8D1B 通孔扩展接口章节。
板载的RA8D1/M1芯片管脚中,除了32位SDRAM接口和用户按键、用户LED,其他所有的信号都通过2个80脚的板对板接插件引出,可以连接到用户设计的扩展板上,实现快速功能验证和原型设计。扩展板设计改版时,核心板可以重复利用,大幅降低了系统验证的难度和试错成本。
扩展接口上有多种电源信号,在核心板有外部电源时,可以通过接口给扩展板供电。如果核心板没有独立供电,那也可以通过扩展板反向给核心板供电。在后续的RA8电源设计章节中会详细介绍如何使用扩展电源接口。
RA8 MCU的端口复用功能比较复杂,在文档中无法详尽描述各种用例,只能举例说明。
以下管脚的位置分布为核心板的顶视图(RA8 MCU所在面为底面,J1,J2在底面),也就是扩展板上的对应接插件安装面的顶视图。
这是一个RA8D1扩展功能管脚配置的例子,扩展了
- MIPI-DSI、RGB666显示接口,
- CEU摄像头输入(和以太网接口管脚复用,需要在核心板上调整跳线电阻,详见CPKHMI-RA8D1B 以太网章节。
- 1个串口,1个I2C接口,1个SPI接口
- 2个CAN-FD接口
- USB 全速接口
- PWM输出,AD输入,DA输出
- SWD调试接口,SCI Boot控制
- GPIO,外部中断输入
在后续的CPKHMI-RA8D1B 板对板扩展接口章节中,会详细介绍接口的扩展能力和设计思路。