RZ/Five Group 32 & 64 - bit MPUs：功能全面的硬件解決方案

在電子產品設計領域，尋找一款性能卓越、功能豐富且穩(wěn)定可靠的微處理器（MPU）至關重要。RZ/Five Group中的RZ 32 & 64 - bit MPUs，特別是RZ/G系列產品，憑借其出色的特性和廣泛的應用潛力，成為眾多電子工程師的理想之選。本文將詳細介紹這款MPU的功能特性、電氣參數以及使用時的注意事項，為電子工程師在硬件設計中提供參考。

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一、概述

1.1 規(guī)格要點

1.1.1 CPU核心

RZ/Five采用了AndesCore? AX45MP單核心，最高運行頻率可達1.0 GHz，具備強大的計算能力。其L2緩存為256 KBytes（帶ECC），L1 I - cache和D - cache分別為32 KBytes（奇偶校驗和ECC），ILM和DLM共128 KBytes（ECC），并支持浮點擴展和DSP/SIMD ISA，采用AndeStar? V5指令集架構。此外，它提供6種啟動模式，涵蓋從eSD、eMMC、串行閃存等不同存儲設備啟動，還支持JTAG接口和最多8個觸發(fā)點的嵌入式調試模塊。這種豐富的啟動選擇和強大的調試功能，為工程師們在不同應用場景下的開發(fā)提供了便利。

1.1.2 CPU外設

• 時鐘脈沖發(fā)生器（CPG）：從24 MHz的外部時鐘（EXCLK）生成各種時鐘信號，其中AX45MP單核心時鐘最高可達1.0 GHz，DDR時鐘最高支持DDR3L - 1333的666 MHz和DDR4 - 1600的800 MHz，還支持SSC（擴頻時鐘）技術，有助于降低電磁干擾。
• 直接內存訪問控制器（DMAC）：有2個模塊，每個模塊16通道，支持多種傳輸請求方式，可指定特定的DMA傳輸間隔，支持LINK模式和自動重新加載傳輸信息，大大提高了數據傳輸效率。
• 平臺級中斷控制器（PLIC）：擁有255個優(yōu)先級級別，支持軟件可編程中斷生成，可對外部中斷引腳和片上外設中斷進行優(yōu)先級設置，確保系統(tǒng)能及時處理各種中斷事件。
• 通用I/O（GPIO）：提供通用的輸入輸出端口，方便與外部設備進行交互。
• 熱傳感器單元（TSU）：具備1個通道，可實時監(jiān)測芯片的溫度，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供保障。

1.1.3 內部內存

內部擁有128 KBytes（帶ECC）的系統(tǒng)RAM，確保數據存儲的安全性和可靠性。

1.1.4 外部內存接口

• DDR內存接口：支持DDR3L - 1333 / DDR4 - 1600，總線寬度16位，支持在線ECC和自動刷新，最大內存容量可達4 Gbytes，為系統(tǒng)提供了大容量的外部存儲支持。
• SPI多I/O總線控制器：1個通道，4位雙數據速率，可連接多個I/O總線大小的串行閃存，具備外部地址空間讀取模式和內置讀取緩存，最高時鐘頻率在Quad - SPI DDR模式下為50 MHz，Quad - SPI SDR模式下為66 MHz。
• SD卡主機接口/多媒體卡接口（SD/MMC）：2個通道，支持多種SD和MMC卡的訪問模式和傳輸速率，如SD 3.0、eMMC 4.51等，同時具備錯誤檢查和卡檢測功能。

1.1.5 聲音接口

具備4個通道的雙向串行傳輸能力，支持I2S / 單聲道 / TDM音頻格式，支持主從功能，可生成可編程的字時鐘和位時鐘，支持多種數據格式和32級FIFO傳輸，還支持LR - 時鐘繼續(xù)功能，為音頻應用提供了豐富的選擇。

1.1.6 存儲和網絡

• USB2.0主機/功能接口：2個通道，其中一個支持主機 - 功能模式，另一個僅支持主機模式，符合USB2.0標準，支持OTG功能和電池充電功能，內部配備專用DMA。
• 千兆以太網接口（GbE）：根據封裝不同，361 - pin BGA支持2個通道，266 - pin BGA支持1個通道，支持1000 Mbps、100 Mbps和10 Mbps的傳輸速率，具備幀過濾功能，支持多種接口標準。
• 控制器區(qū)域網絡接口（CAN）：2個通道，符合ISO 11898 - 1（2003）和CAN - FD ISO 11898 - 1（CD2014）標準，每個通道有16個發(fā)送消息緩沖區(qū)，最多64×2通道接收消息緩沖區(qū)。

1.1.7 定時器

• 多功能定時器脈沖單元3（MTU3a）：擁有9個通道（16位×8通道，32位×1通道），模塊時鐘頻率為100 MHz，具備多種計數時鐘選擇、輸入捕獲、輸出比較等功能，支持多種脈沖輸出模式和同步操作，可實現復雜的定時控制任務。
• 端口輸出使能3（POE3）：用于控制MTU3a波形輸出引腳的高阻抗狀態(tài)，可通過多種方式激活。
• 看門狗定時器（WDT）：1個通道，計數器溢出或CPU奇偶校驗錯誤可重置LSI，提高系統(tǒng)的可靠性。
• 通用定時器（GTM）：3個32位通道，支持間隔定時器模式和自由運行比較模式。

1.1.8 外設模塊

• I2C總線接口：4個通道，支持主從模式，支持7位和10位從地址格式，具備超時檢測和多主操作功能。
• 帶FIFO的串行通信接口（SCIFA）：5個通道，支持全雙工通信，可選擇時鐘同步或異步模式，具備獨立的波特率發(fā)生器和調制解調器控制功能。
• 串行通信接口（SCI）：2個通道，支持多種通信模式，可進行IrDA通信波形的編碼和解碼。
• 瑞薩串行外設接口（RSPI）：3個通道，支持SPI操作，主從模式可選，可編程位長度、時鐘極性和相位。

1.1.9 安全

• 可信安全IP（TSIP）：可選功能，支持常見的安全算法，如AES、RSA、ECC等，具備真隨機數生成器（TRNG）和哈希值生成功能，支持唯一ID。
• 一次性可編程內存（OTP）：非易失性內存，只能寫入一次，可用于安全設置和認證。

1.1.10 模擬

A/D轉換器有2個通道，轉換時間為1 μs，分辨率為12位，支持多種觸發(fā)模式，輸入范圍為0 V ~ 1.8 V。

1.1.11 其他

支持基于IEEE 1149.1的邊界掃描，部分模塊引腳可能不支持。

1.1.12 電源電壓

產品支持多種電源電壓范圍，如VDD、PLLn_DVDD11為1.05 to 1.15 V，DDR_VDDQ根據DDR類型不同有不同范圍等，工程師在設計時需根據具體應用選擇合適的電源。

1.1.13 溫度范圍

工作溫度范圍為Ta: ?40°C to +85°C，結溫范圍為Tj: ?40°C to +125°C，若需要更寬的溫度范圍，需進行使用案例調查。

1.1.14 質量等級

適用于工業(yè)等多種應用場景。

1.1.15 封裝

提供361 - pin LFBGA（13 - mm方形，0.5 - mm間距）和266 - pin LFBGA（11 - mm方形，0.5 - mm間距）兩種封裝形式，滿足不同的設計需求。

1.2 內部總線結構

LSI內部總線由ACPU總線、MCPU總線和系統(tǒng)總線組成。ACPU總線連接AX45MP、DDR內存控制器、圖像處理單元以及存儲和網絡模塊；MCPU總線連接串行接口單元；系統(tǒng)總線連接各單元的控制寄存器，這種結構設計有助于提高數據傳輸效率和系統(tǒng)的整體性能。

1.3 產品陣容

產品提供不同的封裝和型號選擇，部分型號支持安全功能，如安全調試、硬件密鑰保護、真隨機數生成器、可信安全IP和安全啟動等，工程師可根據項目需求進行選擇。

二、引腳信息

引腳分配和外部引腳及復用功能引腳的詳細信息可參考附帶的Excel文件，在硬件設計時，準確了解引腳功能對于正確連接外部設備和實現系統(tǒng)功能至關重要。

三、電氣特性

3.1 絕對最大額定值

明確了各種電源電壓、輸入電壓、工作溫度、存儲溫度等的絕對最大額定值，如電源電壓范圍、輸入電壓與電源電壓的關系等，使用時必須確保各項參數在額定值范圍內，以避免損壞芯片。

3.2 電源

規(guī)定了不同電源的電壓范圍，如PVDD為2.97 - 3.63 V，VDD18等為1.62 - 1.98 V等，不同功能模塊對電源的要求不同，設計電源電路時需嚴格遵循這些參數。

3.3 電源開啟/關閉順序

詳細說明了電源開啟和關閉的順序，如先開啟1.1 V電源，再開啟DDR IO電源等，同時規(guī)定了各電源之間的時間間隔和時鐘穩(wěn)定性要求，電源順序錯誤可能導致芯片無法正常工作或損壞。

3.4 DC特性

提供了不同電壓等級（3.3 - V I/O、1.8 - V I/O等）和不同接口（如RGMII/MII、USB 2.0、ADC等）的直流特性參數，包括輸入輸出電壓、滯回閾值、輸出邏輯電壓、輸入泄漏電流等，這些參數對于確定電路的靜態(tài)工作點和信號傳輸的可靠性非常重要。

3.5 AC特性

3.5.1 時鐘時序

規(guī)定了各種時鐘輸入的頻率、周期、高低電平脈沖寬度、上升下降時間等時序參數，如EXCLK時鐘輸入頻率為24 ± 50 ppm（使用RGMII接口時），在設計時鐘電路時，必須確保時鐘信號符合這些時序要求。

3.5.2 - 3.5.18 不同接口的訪問時序

詳細介紹了SDHI、eMMC、USB 2.0、以太網、JTAG、SPI等各種接口的訪問時序參數，包括時鐘周期、數據建立和保持時間、輸出延遲等，了解這些時序參數對于設計接口電路和確保數據準確傳輸至關重要。例如，在設計SD卡接口時，需要根據SDHI訪問時序來設置時鐘信號和數據傳輸的時間間隔。

四、封裝尺寸

提供了兩種封裝（361 - pin LFBGA和266 - pin LFBGA）的詳細尺寸信息，包括各參考符號對應的尺寸范圍，在進行PCB布局設計時，需要根據封裝尺寸來合理安排芯片的位置和周圍電路的布局。

五、使用注意事項

靜電放電防護

CMOS設備容易受到靜電破壞，因此要盡量減少靜電產生，及時消散靜電。例如，使用加濕器保持環(huán)境濕度，將半導體器件存儲和運輸在防靜電容器中，操作人員佩戴接地腕帶等。

上電處理

上電時產品狀態(tài)未定義，在復位信號處理完成或電源達到指定復位水平之前，引腳狀態(tài)無法保證，因此在設計電路時需要考慮合適的復位電路和時序。

掉電狀態(tài)信號輸入

掉電時不要輸入信號或I/O上拉電源，否則可能導致芯片 malfunction和內部元件損壞，設計時要遵循產品文檔中的相關指導。

未使用引腳處理

未使用的CMOS輸入引腳通常處于高阻態(tài)，若不恰當處理可能會引入電磁噪聲和內部直通電流，導致誤操作，因此要按照手冊中的指導處理未使用引腳。

時鐘信號

復位后要確保時鐘信號穩(wěn)定后再釋放復位線，切換時鐘信號時要等待目標時鐘信號穩(wěn)定，避免因時鐘不穩(wěn)定導致系統(tǒng)故障。

輸入引腳電壓波形

輸入信號的波形失真可能導致芯片 malfunction，要注意防止噪聲和反射波影響輸入信號，特別是當輸入電平處于Vil（Max.）和VIH（Min.）之間時，要避免出現振鈴噪聲。

禁止訪問保留地址

保留地址用于未來功能擴展，訪問這些地址不能保證LSI的正確運行，因此要嚴格禁止訪問。

產品差異

更換不同型號的產品時，要確認產品在內部內存容量、布局模式等方面的差異，這些差異可能會影響電氣特性和系統(tǒng)性能，更換后要進行系統(tǒng)評估測試。

RZ/Five Group的RZ 32 & 64 - bit MPUs為電子工程師提供了一個功能強大、性能穩(wěn)定的硬件解決方案。通過深入了解其功能特性、電氣參數和使用注意事項，工程師們可以在設計中充分發(fā)揮其優(yōu)勢，開發(fā)出高質量、可靠的電子產品。在實際應用中，大家不妨思考如何根據具體的項目需求，合理選擇和配置芯片的各項功能，以達到最佳的設計效果。