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RA MCU (arm内核)
前言
RA 产品家族单片机 (MCU) 于 2019 年 10 月推出,丰富了瑞萨的 32 位 MCU 系列产品。在此之前,瑞萨拥有基于 Arm® Cortex®-M 内核的 Renesas Synergy™ 平台,该平台将 MCU 与商业级、有品质保证的软件和开发工具融于一体。瑞萨的另一条产品线 Renesas eXtreme (RX) 产品家族则采用自有的 RX 内核,具有业界领先的 32 位 CoreMark®/MHz 性能以及大容量代码闪存和 SRAM。瑞萨 RA 家族单片机,将 Synergy 平台与 RX 产品的优势有机融合,使该产品能够满足客户的不同需求并为助力客户创造价值。全新 RA 产品家族包括:RA2 系列,适用于低功耗应用;RA4 系列,适用于需要低功耗、高性能和高安全性的设备;RA6 系列,具有卓越的连接性能和安全性能;RA8 系列,可以为采用人机界面、连接、安全和模拟功能的应用提供出色性能。
MCU面临的挑战
在本世纪初之前,这些系统只采用一些非常基本的接口,如用于输入的按钮,或者用于输出的字符 LED 甚至辉光管,其软件仅包含一个函数,大多数通过 main() 函数内部的一个简单循环实现,通过中断来处理有限的任务。具有数 MIPS(每秒百万条指令)处理能力、几 KB 内存和基本串行通信接口的单片机 (MCU) 已经足以满足此类应用的需求。
然而,如今的嵌入式系统高度互联,需要各种各样的接口,如以太网、无线或图形显示,所有这些接口都需要经过配置和处理,同时它们不仅可以彼此交换数据和消息,而且还可与外部环境交互,构成完整的应用。这可能需要时钟速度至少为 60 MHz 的 MCU、几 MB 的闪存以及可能数十 KB 的片上 SRAM。
实时操作系统 (RTOS) 不仅非常实用,而且有时必不可少,因为需要对不同的线程进行优先级排序和并发执行。随着对连接性、功能丰富的人机界面和安全性的需求不断提升,这类系统不再以硬件为中心,而是更倾向于以软件为中心,因此无法按照传统系统的设计方式来开发此类系统。
此外,开发周期越来越短,而需要新功能的情况越来越多。所有这些难题让工程师不得不更加频繁地应对新挑战,这不仅给他们带来了沉重的负担,而且也需要巨大的投资,但并非所有问题一开始就会显现出来。这一切都意味着软件设计人员在开发所需应用程序时需要帮助,以便能够有效地处理数据和接口,而不必从头开始编写所有代码。他们希望专注于为增加应用价值,而不是自己编写底层驱动程序或安全程序。
在这种背景下,适用于 RA 产品家族的灵活配置软件包 (FSP) 登上了舞台。它提供了板级支持包 (BSP)、高性能和高效率的 HAL 驱动程序以及易于使用的中间件。FSP 中内含 Amazon 的 FreeRTOS® 实时操作系统,但由于 FSP 符合 CMSIS RTOS 标准,因此工程师也可以采用他们选择的任何 RTOS。系统设计时也可以重用客户的原有代码。借助这种开放软件生态系统,设计人员可以轻松创建互联 IoT 终端系统或基于人工智能的边缘应用所需的功能。
RA 产品家族单片机
瑞萨 RA 产品家族单片机包括四个系列——已经发布的 RA2、RA4 和 RA6 系列,以及计划发布的 RA8 系列 ——适用于从小型电池供电的传感器应用到高性能、处理密集型的嵌入式终端产品。借助用于模拟、连接、人 机界面、安全、电机和逆变器控制等的片内外设,该产品家族非常适合快速扩张的物联网 (IoT) 和边缘计算应用 领域,但并不仅限于此。 所有 RA MCU 均基于 32 位的 Arm® Cortex®-M 内核:RA2 系列基于 M23 内核,而 RA4 和 RA6 系列器件基于 M4F 内核或带有 Arm v8-M TrustZone® 的 M33F 内核。所有这些器件均包含 Arm 的标准外设,如嵌套矢量中断 控制器 (NVIC)、Arm 存储器保护单元 (MPU) 或串行线调试 (SWD) 和嵌入式跟踪缓冲器 (ETB),非常便于开 发。此外,瑞萨还在 Arm 没有解决方案和需要额外性能或功能的领域加入了自己的知识产权 (IP) 模块。这些额 外的 IP 模块基于瑞萨的成熟技术,可满足 RA 产品家族的需求。
灵活配置软件包
适用于 RA 产品家族单片机的瑞萨灵活配置软件包 (FSP) 提供了一种快速的通用方法,可创建智能物联网安全 互联设备所需的软件,并已专门针对 RA 单片机的架构进行过优化。FSP 具有开箱即用的中间件-和协议(例 如 TCP/IP 协议或安全功能协议)、板级支持包 (BSP)(可为瑞萨的 MCU 和开发板提供启动和初始化代码), 以及用于所有外设的硬件抽象层 (HAL) 驱动程序。这些驱动程序不仅性能高,而且占用的存储空间也 极小。 所有驱动程序、协议栈和中间件功能均可通过易于使用的应用程序编程接口 (API) 进行访问,从而轻松实现互 换,并可与实时操作系统 (RTOS) 以及裸机实现搭配使用。此外,软件的各个层均内置了对 Arm 的 TrustZone 的感知,并使用 Arm 的统一 API 来保证安全。FSP 是开源软件,提供完整的源代码,但仅限用于瑞萨的硬件。 除了上述软件外,FSP 还采用 Amazon 的 FreeRTOS® 作为实时操作系统。此系统可通过符合 Cortex 微控制 器软件接口标准 (CMSIS) 的 Arm RTOS 接口进行访问。借助此标准接口,软件工程师能够使用其选择的任何 RTOS,而不会失去 FSP 的优势。
安全性和 TrustZone®
瑞萨的 RA 产品家族微控制器支持以多种方式来创建安全应用:通过搭载 Arm® Cortex®-M4、-M23 或 -M33 内 核的器件上的安全加密引擎,通过搭载 Cortex-M4 或 -M23 内核的器件上的安全内存保护单元,也可以通过搭 载 Cortex-M33 内核的 MCU 上瑞萨对 Arm 的 TrustZone®的自有实现。本章将讨论最后一种方式。 最后值得一提的是:大多数 RA 产品家族 MCU 均已通过 PSA Certified™ 1 级认证,其中 RA6M4 MCU 系列已 通过 PSA Certified™ 2 级认证。其中包括对采用 Trusted Firmware M (TF-M) 的 RA 产品家族灵活配置软件包 进行 PSA 功能 API 认证。多个 RA 产品家族 MCU 系列已通过 SESIP1 认证,无论选择何种软件平台,都能确 保实现基本的安全功能。此外,安全加密引擎获多项 NIST CAVP 认证,可确保各种加密功能正常发挥作用。从 而增强了用户面向互联环境开发安全产品时的信心。
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