芯耀
3293
在物联网和边缘计算爆发的时代，低功耗已成为嵌入式设备的“生存法则”——无论是常年待机的环境传感器、靠电池供电的智能终端，还是对能耗极度敏感的便携设备，硬件设计者们的终极目标，往往是在性能与功耗之间找到那个微妙的平衡点。为了满足行业的需求，瑞萨电子近期推出了RA4L1主控MCU及配套的评估套件，今天就由我来带领大家了解一下这款全新的评估套件RTK7EKA4L1S01001BE。
开箱介绍
该套件依然采用瑞萨一贯的风格，经典的蓝白包装，凸显简约而又高端大气。在包装的正面是瑞萨公司的Logo,而在侧面则说明了该套件的具体名称及其他相关信息。
打开包装盒，首先映入眼帘的是一张卡片，上面说明了该开发板的基本情况以及给出了相关资料的网址，通过这些信息用户可以很容易的获取开发板对应的数据手册、快速开始向导等内容。紧接着就是我们今天的主角及相关配件了。与其他开发板不同，瑞萨公司这次采用了三层式包装：第一层为开发板，第二层为LCD屏幕，第三层为相关的USB电缆、4个尼龙铜柱等配件。
硬件介绍
下面就让我们来看看今天的主角RA4L1开发板，整个板子约为150mm*80mm大小，整体成深蓝色，显得厚重沉稳。在开发板的正面包括主要的IC、用户按键以及各种接口，而在开发板背面则没有任何主动器件，但为了更好的保护板卡，瑞萨公司贴心地安装了四个橡胶脚垫。
为了适用于不同的用户需求，整个板卡分为三个主要部分，分别为MCU原生引脚区（Native Pin Access Area）、特色功能区(Special Feature Access Area)以及生态系统区（System Control and Ecosystem Access Area）.具体如下图所示：
而下图是整个RA4L1开发板的功能框图，可以清晰的看到上述三个区域包含了哪些具体的模块和功能，如：32MB（256Mb）外部 Quad-SPI 闪存，USB 全速主机和设备接口，调试接口，三色用户LED灯、2个用户按键以及5个最受欢迎的生态系统扩展等。
首先让我们来看看MCU原生引脚区（Native Pin Access Area）部分，该部分是一个最小系统，包括主控MCU、晶振、必要的电阻、电容等器件。同时，为了方便用户对MCU进行评估，在该区域通过预留的2.54mm间距焊孔引出了MCU的所有引脚，特别值得一提的是，区域内还给出了4个测试点(TP1-TP4)用于MCU电流测试。另外，该区域还提供了一个25*2的排针用于连接段码 LCD，便于用户评估段码 LCD 驱动器模块。
在整个MCU原生引脚区最核心的当然是主控芯片了，通过查阅相关资料我们可以知道，整个瑞萨RA系统的MCU可以分为RA8、RA6、RA4、RA2以及RA0 5个系列，而RA4系列主要面向需要兼顾安全、性能和功耗的应用场景，如下图所示
下图对整个RA系列的应用场景进行了详细的分类说明，可以看到得益于功耗、性能及安全的平衡，RA4系列几乎可以适用于所有的应用场合。
图中我们可以看出RA4系列中还包括了RA4M、RA4E、RA4W等多个产品线，而这块开发板上所搭载的为今年最新推出的RA4L1芯片，它主要面向RA4系列中的低功耗应用场景，包括LQFP和QFN两种封装，闪存大小也有256KB和512KB两种。我们开发板上的这块RA4L芯片的完整型号为R7FA4L1BD4CFP，它是一块具有100个引脚、采用LQFP封装的MCU，同时还具有以下特点：
- 支持 TrustZone 的 80MHz Arm Cortex-M33内核
- 支持 BGO 的 512KB 双区块闪存
- 支持 32KB 奇偶校验和 32KB ECC 的 64KB SRAM
- 8KB 数据闪存
- 168µA/MHz 工作电流、1.65µA 待机电流
- 6 个 SCI 多功能串口（UART、简单 SPI、简单 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 段码 LCD 驱动器
- 12 通道电容式触摸
- 串行音频接口 (SSI)
- 高级安全引擎支持：TRNG、唯一ID、AES、ECC、SHA
与原生引脚区（Native Pin Access Area）相邻的是特色功能区(Special Feature Access Area)，在该区域内包含了32MB（256Mb）外部 Quad-SPI 闪存，3针的CAN-FD接头，以及用于配置的拨码开关。
该拨码开关共有8路，每一路都有特殊的用途，下图是对该拨码开关每一路用途的描述，可以看到通过拨动该开关可以对包括Pmod在内的多个模块或功能进行设置。
紧邻着特色功能区(Special Feature Access Area)的是生态系统区（System Control and Ecosystem Access Area），该部分也是功能最多最复杂的区域。为了便于工程师们更好地评RA4L1芯片的强大的功能，该区域包含了多种不同的主流接口。
首先是DEBUG模块，它位于开发板的右边，包含了一个Type-C USB接口、多个跳线以及Debug芯片。为了做到兼容性，开发板上的Debug模块包括了Debug on-board/Debug in/Debug out三种工作模式，即用板载的仿真器调试开发板上的主控，用外部的仿真器调试开发板上的主控以及用板载的仿真器调试其他外部主控。
这三种模式通过跳线进行选择，具体如下图所示：
而在低功耗模式下，DEBUG模块依然能够正常工作，但跳线需要进行一些更改，具体如图所示：
在DEBUG模块的正对面，板子的左边也有一个Type-C USB接口，这是评估板提供给工程师的USB全速接口，这个接口可以根据用户需要通过跳线配置为USB Device和USB HOST。
为了便于工程师们使用，开发板上还提供了3个可以控制的LED(LED1,LED2,LED3)以及2个用户按键（S1,S2）,它们位于USB FULL SPEED接口的上方，其中S2,S2分别与MCU的P000和P001引脚连接，对应中断 IRQ6和IRQ7, 而LED1,LED2,LED3则分别与MCU的P609,P610,P601相连。
除了上述基本功能外，本RA4L1开发板最有特色的就是支持各种嵌入式生态系统，包括各种目前主流的开源硬件接口，如：
- 2个Grove 接口
- 1个 Qwiic 接口
- 2个 Digilent Pmod接口
- Arduino接口
- mikroBUS接口
另外，为了使用户自由选择芯片的启动模式，开发板还提供了J16启动模式跳线，当处于芯片独立工作模式时，将J16断开，而当需要进入SCI boot或USB boot模式时需要将该跳线短接。
除了丰富的硬件资源外，瑞萨公司为RA4L1评估套件提供的软件工具也是非常多的。由于该芯片是基于ARM内核的，所以有很多调试工具、软件都是可以使用的，如下图所示：
当然，瑞萨公式为了便于工程师们进行快速开发，也提供了一套完整的编译、调试软件，即FSP软件开发包，可以在如下网址中免费下载（https://www.renesas.com/en/software-tool/flexible-software-package-fsp#overview），该FSP开发板约有1.7G，最新版本为5.8.0。在该开发包中包括了调试器驱动，e2studio等开发调试所需的各种软件，用户只需要直接安装即可。
除了下载并安装调试工具之外，相关的例程也是必不可少的，在下面链接（https://www.renesas.com/en/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ek-ra4l1-evaluation-kit-ra4l1-mcu-group）中用户可以下载到开发板的2个示例。
上电测试
在下载完所需要的开发工具和基本例程之后我们就可以开始动手实践了。由于开发板内部就自带有测试程序，因此还需要下载串口终端软件，在这里推荐Tera Term，这是一款开源的虚拟终端软件，支持TCP/IP和串口连接方法。然后，使用套件内的USB电缆通过DEBUG接口连接电脑与开发板，由于我们在这里使用的开发板内置的调试器，所以要确保J6,J6A,J9,J8跳线正确（按照开发板出厂默认即可）。
插上USB电缆以后，系统会自动识别出一个新的串口（如图中的红框处，会根据电脑有所不同），点击OK后确定选择此串口
随后，点击“设置”->”串口”菜单，在弹出的对话框中选择115200波特率，点击“New setting”进行设置。
在开板上按下红色的重启按钮后，就可以在Tera Term终端上显示出开发板内置程序提供的菜单了。此时用户可以根据菜单的提示，输入1-5，测试开发板对应的功能，包括SPI速度测试、段式LCD显示测试，低功耗模式测试等等。
如果要对开发板进行开发，则需要使用到前面下载的FSP软件开发包以及对应的例程文件，由于在FSP开发包里包含了e2 studio, 仿真器的驱动以及RA4L1开发所需的各种库文件，因此无需额外下载更多的东西。运行e2 studio软件，首先设置我们的项目即将放置的位置：
随后选择导入项目：
在弹出的界面中选择“Existing Projects into Workspace”准备将已经有的项目导入到工作区中：
选择“Select root directory”, 导入我们下载的例程的目录（在这里我们选择quickstart_ek_ra4l1_ep例程），并选择Finish。此后，我们就可以根据项目的实际情况对例程进行修改了。
在导入项目后，选择例程目录下的configuration.xml文件，
随后我们选择需要修改的模块配置（在这里我们选择ADC模块），然后点击下方的属性，可以看到可以对通用信息、中断等情况进行修改。修改完成后，点击上方的“Generate Project Content”即可更新配置。
配置完成后，点击“Project”菜单栏下的”Build”按钮对项目进行编译，能够生成“elf”文件这说明编译成功。
随后对Debug方式进行配置，点击如下菜单中的Debug Configurations，进入Debug配置菜单，按照下图中的显示进行配置。
点击上图中的Debug按钮后，开始对项目进行调试，用户可以按F6或F5按钮进行单步调试。
总结
这是一款能够兼顾功耗、性能的MCU，RA4L1系列可以在多个场合使用，而在RTK7EKA4L1S01001BE评估套件上也集成了PMOD，Qwiic等5个主流的开源硬件端口和Debug调试器。同时瑞萨公司也为其提供了丰富的软、硬件配套资源，从硬件设计原理图、到不同场景的应用案例以及软件开发包和配套的例程，应有尽有。这些资源都能够极大地降低工程师们对RA4L系列MCU的评估成本，同时还可以轻松实现各种创意。相信在不远的将来瑞萨RA4L1系列MCU将会在嵌入式行业大放异彩。
