RA8E2微控制器：高性能與多功能的完美結(jié)合

在電子工程師的世界里，尋找一款性能卓越、功能豐富的微控制器是實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。RA8E2微控制器就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它集成了多種強(qiáng)大功能，為電子設(shè)計(jì)帶來了更多可能性。

文件下載：ra8e2.pdf

一、RA8E2概述

RA8E2微控制器集成了多個(gè)基于Arm的32位核心系列，這些核心共享瑞薩的通用外設(shè)集，有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性和高效的基于平臺(tái)的產(chǎn)品開發(fā)。其核心采用高性能的Arm Cortex? - M85，并搭載Helium?技術(shù)，最高運(yùn)行頻率可達(dá)480 MHz，擁有1 MB代碼閃存、672 KB SRAM（包括32 KB的TCM RAM和640 KB的用戶SRAM），還具備Octal Serial Peripheral Interface（OSPI）、USBFS、Graphics LCD Controller（GLCDC）、2D Drawing Engine（DRW）等豐富的外設(shè)和安全特性。

1.1 功能概述

1.1.1 Arm核心

• 高性能運(yùn)行：Arm Cortex? - M85核心，最高運(yùn)行頻率達(dá)480 MHz，采用ARMv8.1 - M架構(gòu)和Armv8 - M安全擴(kuò)展，具備浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），支持標(biāo)量半精度、單精度和雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，還有M - profile Vector Extension（MVE）和Helium?技術(shù)，提供強(qiáng)大的計(jì)算能力。
• 內(nèi)存保護(hù)：配備Memory Protection Unit（Arm MPU），包括8個(gè)安全區(qū)域（MPU_S）和8個(gè)非安全區(qū)域（MPU_NS），保障內(nèi)存安全。
• 定時(shí)器功能：嵌入兩個(gè)SysTick定時(shí)器，分別為安全實(shí)例（SysTick_S）和非安全實(shí)例（SysTick_NS），由CPUCLK或MOCO除以8驅(qū)動(dòng)。
• 調(diào)試功能：具備CoreSight? ETM - M85，方便調(diào)試和跟蹤。

1.1.2 內(nèi)存

• 代碼閃存：擁有1 MB的代碼閃存，為程序存儲(chǔ)提供充足空間。
• 數(shù)據(jù)閃存：12 KB的數(shù)據(jù)閃存，具備100,000次的編程/擦除（P/E）周期，可用于存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)。
• SRAM：672 KB的SRAM，其中32 KB為TCM，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)訪問。

1.1.3 系統(tǒng)

• 運(yùn)行模式：支持單芯片模式、JTAG啟動(dòng)模式和SCI/USB啟動(dòng)模式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 復(fù)位功能：提供13種復(fù)位類型，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 電壓檢測：可編程電壓檢測（PVD）模塊可監(jiān)測VCC引腳的電壓水平，通過寄存器設(shè)置選擇檢測級(jí)別，由三個(gè)獨(dú)立的電壓電平檢測器（PVD0、PVD1、PVD2）組成。
• 時(shí)鐘系統(tǒng)：具備多種時(shí)鐘源，包括主時(shí)鐘振蕩器（MOSC）、子時(shí)鐘振蕩器（SOSC）、高速片上振蕩器（HOCO）、中速片上振蕩器（MOCO）、低速片上振蕩器（LOCO）以及PLL1/PLL2，還支持時(shí)鐘輸出。
• 中斷控制：中斷控制器單元（ICU）可控制事件信號(hào)與嵌套向量中斷控制器（NVIC）、DMA控制器（DMAC）和數(shù)據(jù)傳輸控制器（DTC）模塊的連接，同時(shí)控制不可屏蔽中斷。
• 低功耗模式：通過多種方式降低功耗，如設(shè)置時(shí)鐘分頻器、控制EBCLK輸出、控制SDCLK輸出、停止模塊、進(jìn)行電源門控控制、選擇正常操作中的工作電源控制模式以及切換到低功耗模式和處理器低功耗模式。
• 電池備份功能：提供電池備份功能，部分區(qū)域由電池供電，包括RTC、SOSC、備份寄存器、篡改檢測以及VBATT_R電壓下降檢測和VCC與VBATT之間的切換。
• 寄存器寫保護(hù)：寄存器寫保護(hù)功能可防止重要寄存器因軟件錯(cuò)誤被覆蓋，通過Protect Register（PRCR_S和PRCR_NS）設(shè)置受保護(hù)的寄存器。

1.1.4 事件鏈接

事件鏈接控制器（ELC）利用各種外設(shè)模塊生成的事件請(qǐng)求作為源信號(hào)，將它們連接到不同模塊，實(shí)現(xiàn)模塊之間的直接鏈接，無需CPU干預(yù)。

1.1.5 直接內(nèi)存訪問

• 數(shù)據(jù)傳輸控制器（DTC）：用于在中斷請(qǐng)求激活時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。
• DMA控制器（DMAC）：8通道直接內(nèi)存訪問控制器，可在無需CPU干預(yù)的情況下傳輸數(shù)據(jù)。

1.1.6 外部總線接口

包括CS區(qū)域（ECBI）、SDRAM區(qū)域（ECBI）和OSPI區(qū)域（EOBI），可連接外部設(shè)備和存儲(chǔ)器。

1.1.7 定時(shí)器

• 通用PWM定時(shí)器（GPT）：包括6個(gè)32位定時(shí)器（GPT32）和4個(gè)16位定時(shí)器（GPT16），可生成PWM波形，也可作為通用定時(shí)器使用。
• 端口輸出使能（POEG）：可將GPT輸出引腳置于輸出禁用狀態(tài)。
• 低功耗異步通用定時(shí)器（AGT）：16位定時(shí)器，可用于脈沖輸出、外部脈沖寬度或周期測量以及計(jì)數(shù)外部事件。
• 超低功耗定時(shí)器（ULPT）：32位定時(shí)器，可用于輸出脈沖或計(jì)數(shù)外部事件。
• 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）：具有日歷計(jì)數(shù)模式和二進(jìn)制計(jì)數(shù)模式，日歷計(jì)數(shù)模式擁有2000 - 2099年的100年日歷，并自動(dòng)調(diào)整閏年日期；二進(jìn)制計(jì)數(shù)模式可用于非公歷日歷。
• 看門狗定時(shí)器（WDT）：14位遞減計(jì)數(shù)器，可在系統(tǒng)失控?zé)o法刷新WDT時(shí)復(fù)位MCU，還可用于生成不可屏蔽中斷或下溢中斷。
• 獨(dú)立看門狗定時(shí)器（IWDT）：14位遞減計(jì)數(shù)器，可在計(jì)數(shù)器下溢時(shí)復(fù)位MCU，也可選擇生成中斷請(qǐng)求。

1.1.8 通信接口

• 串行通信接口（SCI）：6通道，具備異步和同步串行接口，包括異步接口（UART和ACIA）、8位時(shí)鐘同步接口、簡單IIC、簡單SPI、智能卡接口、曼徹斯特接口和簡單LIN接口，所有通道都有FIFO緩沖區(qū)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)和全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度可通過片上波特率發(fā)生器獨(dú)立配置。
• I2C總線接口（IIC）：2通道，符合NXP I2C總線接口功能的子集。
• 串行外設(shè)接口（SPI）：提供高速全雙工同步串行通信，可與多個(gè)處理器和外設(shè)設(shè)備通信。
• CAN with Flexible Data - Rate（CANFD）：可處理符合ISO 11898 - 1標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)典CAN幀和CANFD幀，每個(gè)通道支持4個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)和16個(gè)接收緩沖區(qū)。
• USB 2.0 Full - Speed模塊（USBFS）：可作為主機(jī)控制器或設(shè)備控制器，支持全速和低速（僅主機(jī)控制器）傳輸，具有內(nèi)部USB收發(fā)器，支持所有USB 2.0規(guī)范定義的傳輸類型，有數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彌_區(qū)內(nèi)存，最多提供10個(gè)管道。
• Octal Serial Peripheral Interface（OSPI）：內(nèi)存控制器，支持EXpanded Serial Peripheral Interface（xSPI），支持1位、2位、4位和8位協(xié)議。
• Serial Sound Interface Enhanced（SSIE）：可與數(shù)字音頻設(shè)備接口，用于通過串行總線傳輸I2S/單聲道/TDM音頻數(shù)據(jù)，支持高達(dá)50 MHz的音頻時(shí)鐘頻率，可作為從機(jī)或主機(jī)接收器、發(fā)射器或收發(fā)器，接收器和發(fā)射器包括32級(jí)FIFO緩沖區(qū)，支持中斷和DMA驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)接收和傳輸。

1.1.9 模擬

• 12位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC12）：提供12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，最多可選擇13個(gè)模擬輸入通道，可選擇溫度傳感器輸出、內(nèi)部參考電壓和VBATT 1/3電壓監(jiān)測進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
• 12位D/A轉(zhuǎn)換器（DAC12）：提供12位D/A轉(zhuǎn)換。
• 溫度傳感器（TSN）：片上溫度傳感器可確定和監(jiān)測芯片溫度，輸出電壓與芯片溫度成正比，輸出電壓提供給ADC12進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可被最終應(yīng)用使用。
• 高速模擬比較器（ACMPHS）：可將模擬輸入電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果提供數(shù)字輸出，模擬輸入電壓和參考電壓可來自內(nèi)部源（D/A轉(zhuǎn)換器輸出或內(nèi)部參考電壓）和外部源。

1.1.10 人機(jī)接口

• 圖形LCD控制器（GLCDC）：提供多種功能，支持各種數(shù)據(jù)格式和面板，包括GLCDC0BI/GLCDC1BI主功能用于訪問圖形數(shù)據(jù)，可疊加三個(gè)平面（單色背景平面、圖形1平面和圖形2平面），支持多種32位或16位每像素的圖形數(shù)據(jù)和8位、4位或1位LUT數(shù)據(jù)格式，數(shù)字接口信號(hào)輸出支持WVGA視頻圖像尺寸。
• 2D繪圖引擎（DRW）：提供靈活的功能，可支持幾乎任何對(duì)象幾何形狀，每個(gè)對(duì)象的邊緣可獨(dú)立模糊或抗鋸齒，光柵化以每時(shí)鐘一個(gè)像素的速度在對(duì)象的邊界框上從左到右、從上到下執(zhí)行，也可從下到上進(jìn)行光柵化以優(yōu)化性能，還提供優(yōu)化方法以避免對(duì)邊界框中許多空像素進(jìn)行光柵化。

1.1.11 數(shù)據(jù)處理

• 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）計(jì)算器：生成CRC代碼以檢測數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤，可切換CRC計(jì)算結(jié)果的位順序以適應(yīng)LSB - first或MSB - first通信，還提供各種CRC生成多項(xiàng)式，窺探功能可監(jiān)控對(duì)特定地址的讀寫操作。
• 數(shù)據(jù)運(yùn)算電路（DOC）：可比較、相加和相減32位數(shù)據(jù)，當(dāng)滿足選定條件時(shí)，可比較32位數(shù)據(jù)并生成中斷。

1.1.12 安全

• 安全功能：具備ARMv8 - M TrustZone安全、特權(quán)控制、設(shè)備生命周期管理、認(rèn)證級(jí)別（AL）、密鑰注入、安全引腳復(fù)用、VBATT備份寄存器歸零和安全工廠編程等功能。
• 瑞薩安全I(xiàn)P（RSIP - E51A）：包含128位真隨機(jī)數(shù)生成電路、256位硬件唯一密鑰（HUK）和128位唯一ID。

1.2 模塊框圖

RA8E2的模塊框圖展示了其各個(gè)功能模塊之間的連接關(guān)系，包括內(nèi)存、系統(tǒng)總線、Arm Cortex? - M85核心、各種外設(shè)等，為工程師理解其架構(gòu)提供了清晰的視圖。

1.3 產(chǎn)品編號(hào)

產(chǎn)品編號(hào)包含了內(nèi)存容量和封裝類型等信息，例如R7FA8E2AFDCBD，通過編號(hào)可以快速了解產(chǎn)品的相關(guān)特性。

1.4 功能比較

詳細(xì)比較了不同產(chǎn)品編號(hào)的各項(xiàng)功能，包括引腳數(shù)量、內(nèi)存容量、通信接口、定時(shí)器等，方便工程師根據(jù)具體需求選擇合適的產(chǎn)品。

1.5 引腳功能

RA8E2的引腳具有多種功能，包括電源供應(yīng)、時(shí)鐘、操作模式控制、系統(tǒng)控制、中斷等。例如，VCC、VCC2為電源供應(yīng)引腳，XTAL、EXTAL為時(shí)鐘引腳，MD為操作模式設(shè)置引腳，RES為復(fù)位信號(hào)輸入引腳等。

1.6 引腳分配

從頂視圖展示了引腳的分配情況，為硬件設(shè)計(jì)中的引腳布局提供了參考。

1.7 引腳列表

詳細(xì)列出了每個(gè)引腳的功能和相關(guān)信息，包括其所屬的功能模塊、輸入/輸出類型和描述等，方便工程師進(jìn)行引腳的使用和配置。

二、電氣特性

2.1 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了電源電壓、輸入電壓、參考電源電壓、模擬電源電壓、工作結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的絕對(duì)最大額定值，使用時(shí)必須確保不超過這些值，以免造成MCU的永久損壞。

2.2 DC特性

2.2.1 Tj/Ta定義

明確了允許的工作結(jié)溫Tj的計(jì)算方法，Tj = Ta + θja × 總功耗，其中總功耗 = (VCC - VOH) × ΣIOH + VOL × ΣIOL + (ICC max + ICC_DCDC max) × VCC，同時(shí)給出了最低環(huán)境溫度Ta為 - 40℃。

2.2.2 I/O VIH, VIL

規(guī)定了不同電源電壓下各外設(shè)功能引腳的輸入高電平電壓（VIH）和輸入低電平電壓（VIL），對(duì)于施密特觸發(fā)器輸入引腳和非施密特觸發(fā)器輸入引腳有不同的要求。

2.2.3 I/O IOH, IOL

給出了不同端口在不同驅(qū)動(dòng)能力下的允許輸出電流，包括平均輸出電流和最大輸出電流，使用時(shí)應(yīng)確保輸出電流不超過規(guī)定值，以保護(hù)MCU的可靠性。

2.2.4 I/O VOH, VOL, 及其他特性

規(guī)定了輸出電壓（VOH、VOL）、輸入泄漏電流、三態(tài)泄漏電流、輸入上拉MOS電流和輸入電容等特性，為電路設(shè)計(jì)提供了重要的電氣參數(shù)。

2.2.5 工作和待機(jī)電流

詳細(xì)列出了不同工作模式下的電流消耗情況，包括高速模式、低速模式、CPU睡眠模式、CPU深度睡眠模式等，以及BGO操作時(shí)的電流增加情況，方便工程師進(jìn)行功耗評(píng)估和優(yōu)化。

2.2.6 VCC上升和下降梯度及紋波頻率

規(guī)定了VCC上升和下降梯度的特性以及VCC紋波頻率和梯度的要求，確保VCC電壓在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定變化，避免對(duì)MCU的正常工作產(chǎn)生影響。

2.2.7 熱特性

給出了結(jié)溫Tj的計(jì)算方法，Tj = Ta + θja × 總功耗或Tj = Tt + Ψjt × 總功耗，同時(shí)提供了熱阻θja和Ψjt的參考值，幫助工程師進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。

2.3 AC特性

2.3.1 頻率

規(guī)定了高速模式和低速模式下各時(shí)鐘的工作頻率，包括CPU時(shí)鐘（CPUCLK）、系統(tǒng)時(shí)鐘（ICLK）、外設(shè)模塊時(shí)鐘（PCLKA - E）、閃存接口時(shí)鐘（FCLK）、外部總線時(shí)鐘（BCLK）等，確保各模塊在合適的頻率下工作。

2.3.2 時(shí)鐘定時(shí)

詳細(xì)列出了各種時(shí)鐘的定時(shí)參數(shù)，如EBCLK和SDCLK的輸出周期時(shí)間、高脈沖寬度、低脈沖寬度、上升時(shí)間和下降時(shí)間等，以及外部時(shí)鐘輸入的相關(guān)參數(shù)，為時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)提供了精確的依據(jù)。

2.3.3 復(fù)位定時(shí)

規(guī)定了不同模式下復(fù)位信號(hào)的脈沖寬度和等待時(shí)間，確保復(fù)位操作的正確執(zhí)行。

2.3.4 喚醒定時(shí)

給出了從低功耗模式恢復(fù)的時(shí)間，包括CPU深度睡眠模式、軟件待機(jī)模式、深度軟件待機(jī)模式等，幫助工程師優(yōu)化系統(tǒng)的喚醒時(shí)間。

2.3.5 NMI和IRQ噪聲濾波器

規(guī)定了NMI和IRQ脈沖寬度的要求，以及在不同條件下的濾波參數(shù)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.3.6 總線定時(shí)

詳細(xì)列出了地址延遲、字節(jié)控制延遲、CS延遲、ALE延遲時(shí)間、RD延遲、讀數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間、讀數(shù)據(jù)保持時(shí)間、WR/WRn延遲、寫數(shù)據(jù)延遲、寫數(shù)據(jù)保持時(shí)間、WAIT設(shè)置時(shí)間和WAIT保持時(shí)間等總線定時(shí)參數(shù)，確?？偩€通信的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

2.3.7 I/O端口、POEG、GPT、AGT、ULPT和ADC12觸發(fā)定時(shí)

規(guī)定了I/O端口輸入數(shù)據(jù)脈沖寬度、EXCIN輸入頻率、RTCICn輸入脈沖寬度、POEG輸入觸發(fā)脈沖寬度、GPT輸入捕獲脈沖寬度、AGT輸入輸出周期和寬度、ULPT輸入輸出周期和寬度、ADC12觸發(fā)輸入脈沖寬度等定時(shí)參數(shù)，為相關(guān)模塊的使用提供了準(zhǔn)確的時(shí)間要求。

2.3.8 CAC定時(shí)

規(guī)定了CACREF輸入脈沖寬度的要求，確保時(shí)鐘頻率準(zhǔn)確性測量電路的正常工作。

2.3.9 SCI定時(shí)

詳細(xì)列出了SCI在異步模式、簡單SPI模式、時(shí)鐘同步模式和簡單IIC模式下的定時(shí)參數(shù)，包括輸入時(shí)鐘周期、輸入時(shí)鐘脈沖寬度、輸入時(shí)鐘上升時(shí)間、輸入時(shí)鐘下降時(shí)間、輸出時(shí)鐘周期、輸出時(shí)鐘脈沖寬度、輸出時(shí)鐘上升時(shí)間、輸出時(shí)鐘下降時(shí)間、數(shù)據(jù)輸入設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)輸入保持時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出延遲時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間、數(shù)據(jù)上升和下降時(shí)間、SS輸入設(shè)置時(shí)間、SS輸入保持時(shí)間、SS輸入上升和下降時(shí)間、從機(jī)訪問時(shí)間、從機(jī)輸出釋放時(shí)間等，確保SCI通信的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

2.3.10 SPI定時(shí)

規(guī)定了SPI的時(shí)鐘周期、時(shí)鐘高脈沖寬度、時(shí)鐘低脈沖寬度、時(shí)鐘上升和下降時(shí)間、數(shù)據(jù)輸入設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)輸入保持時(shí)間、SSL設(shè)置時(shí)間、SSL保持時(shí)間、TI SSP SS輸入設(shè)置時(shí)間、TI SSP SS輸入保持時(shí)間、TI SSP下一次訪問時(shí)間、TI SSP主SS輸出延遲、數(shù)據(jù)輸出延遲時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間、連續(xù)傳輸延遲時(shí)間、MOSI和MISO上升和下降時(shí)間、SSL上升和下降時(shí)間、從機(jī)訪問時(shí)間、從機(jī)輸出釋放時(shí)間等定時(shí)參數(shù)，確保SPI通信的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

2.3.11 OSPI定時(shí)

詳細(xì)列出了OSPI的周期時(shí)間、時(shí)鐘輸出擺率、時(shí)鐘占空比失真、時(shí)鐘最小脈沖寬度、差分時(shí)鐘交叉電壓、DS占空比失真、DS最小脈沖寬度、數(shù)據(jù)輸入/輸出擺率、數(shù)據(jù)輸入設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)輸入保持時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出有效時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)關(guān)閉時(shí)間、時(shí)鐘低到CS低、CS低到時(shí)鐘高、時(shí)鐘低到CS高、CS高到時(shí)鐘高、DS低輸出到CS高、CS高到DS三態(tài)、CS低到DS低輸入