探索Renesas FPB - RA2E2快速原型開(kāi)發(fā)板：硬件設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的世界里，擁有一款高效且功能豐富的快速原型開(kāi)發(fā)板至關(guān)重要。Renesas的FPB - RA2E2快速原型開(kāi)發(fā)板就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它為RA2E2 MCU組的特性評(píng)估和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的支持。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款開(kāi)發(fā)板。

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一、開(kāi)發(fā)板概述

功能特性

FPB - RA2E2開(kāi)發(fā)板的特性可分為MCU原生引腳訪問(wèn)和系統(tǒng)控制與生態(tài)系統(tǒng)訪問(wèn)兩大類別。

• MCU原生引腳訪問(wèn)：配備R7FA2E2A74CNK MCU，采用48 MHz的Arm? Cortex? - M23核心，擁有64 KB代碼閃存、2 KB數(shù)據(jù)閃存和8 KB SRAM。通過(guò)2 x 32引腳公頭提供原生引腳訪問(wèn)，還設(shè)有MCU電流測(cè)量點(diǎn)，方便進(jìn)行精確的電流消耗測(cè)量。并且，RA MCU內(nèi)部集成了低精度（約1%）時(shí)鐘。
• 系統(tǒng)控制與生態(tài)系統(tǒng)訪問(wèn)：具備兩個(gè)5V輸入源，分別是USB（調(diào)試，全速）和外部電源（使用2引腳接頭）。內(nèi)置E2仿真器作為板載編程器/調(diào)試器（SWD），還有用戶LED和按鈕，包括兩個(gè)用戶LED（綠色）、一個(gè)電源LED（綠色）和一個(gè)調(diào)試LED（綠色），以及一個(gè)用戶按鈕和一個(gè)復(fù)位按鈕。此外，還提供了兩個(gè)流行的生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展接口，即兩個(gè)Digilent Pmod?（SPI、I2C、UART）連接器和一個(gè)Arduino?（Uno R3）連接器，以及MCU啟動(dòng)配置跳線。

前提假設(shè)與建議

使用該開(kāi)發(fā)板，需要用戶具備微控制器和嵌入式系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)知識(shí)。建議參考FPB - RA2E2快速入門(mén)指南來(lái)熟悉開(kāi)發(fā)板。同時(shí)，開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用需要Flexible Software Package（FSP）和Integrated Development Environment（IDE），如e2 studio。相關(guān)軟件的下載、安裝、示例項(xiàng)目導(dǎo)入、構(gòu)建和編程的說(shuō)明可在教程手冊(cè)中找到。

二、開(kāi)箱內(nèi)容與訂購(gòu)信息

開(kāi)箱內(nèi)容

• FPB - RA2E2 v1開(kāi)發(fā)板
• 印刷版快速入門(mén)指南
• 中國(guó)RoHS文件

訂購(gòu)信息

FPB - RA2E2 v1的可訂購(gòu)部件編號(hào)為RTK7FPA2E2S00001BE，其中下劃線字符代表套件版本。開(kāi)發(fā)板尺寸為53 mm（寬）x 85 mm（長(zhǎng)）x 11.5 mm（厚）。

三、硬件架構(gòu)與默認(rèn)配置

架構(gòu)設(shè)計(jì)

FPB - RA2E2開(kāi)發(fā)板的架構(gòu)與FPB系列的其他開(kāi)發(fā)板相似。除了MCU外，還包括板載編程器、用于訪問(wèn)MCU所有引腳的引腳接頭、電源調(diào)節(jié)器、一些LED和開(kāi)關(guān)，以及多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)I/O連接器（Pmod和Arduino）。

跳線設(shè)置

開(kāi)發(fā)板提供了兩種類型的跳線：

• 銅跳線：分為走線切割型和焊橋型。走線切割型跳線通過(guò)切割走線來(lái)隔離焊盤(pán)，之后可轉(zhuǎn)變?yōu)楹笜蛐吞€。焊橋型跳線的兩個(gè)隔離焊盤(pán)可通過(guò)涂抹焊料、放置小電線或SMD電阻等方式連接。
• 傳統(tǒng)引腳接頭跳線：為傳統(tǒng)的小間距跳線，需要外部短路片來(lái)打開(kāi)/關(guān)閉，F(xiàn)PB - RA2E2開(kāi)發(fā)板上的傳統(tǒng)引腳跳線為0.1”（2.54 mm）間距接頭，需要兼容的2.54 mm短路片跳線。

默認(rèn)跳線配置

開(kāi)發(fā)板上每個(gè)跳線都有默認(rèn)設(shè)置，具體功能可參考相關(guān)表格。例如，CN1跳線在引腳1 - 2時(shí)啟用調(diào)試器，在引腳2 - 3時(shí)調(diào)試器保持復(fù)位狀態(tài)（RA2E2 MCU自由運(yùn)行）；E1跳線關(guān)閉時(shí)將+3.3 V連接到Pmod1引腳6等。

四、系統(tǒng)控制與生態(tài)系統(tǒng)訪問(wèn)

電源管理

• 電源選項(xiàng)：開(kāi)發(fā)板可通過(guò)兩種方式供電。一是通過(guò)外部USB主機(jī)向USB調(diào)試連接器（CN6）提供5V電源；二是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)2引腳接頭（CN5）從外部電源獲取5V電源。
• 電源考慮因素：板載LDO穩(wěn)壓器提供+3.3 V電源，內(nèi)置電流限制為2.0 A。使用時(shí)需確保RA MCU、所有活動(dòng)板載功能和連接的外圍設(shè)備所需的總電流不超過(guò)此限制。
• 上電行為：上電時(shí)，標(biāo)記為POWER的綠色LED會(huì)亮起。

調(diào)試功能

• 板載E2仿真器：通過(guò)調(diào)試USB微型B連接器（CN6）將E2調(diào)試器連接到外部USB全速主機(jī)，使用SWD接口與目標(biāo)RA MCU通信。綠色指示燈LED3可顯示調(diào)試接口的狀態(tài)，閃爍表示未連接到編程主機(jī)，常亮表示已連接，閃爍表示正在傳輸數(shù)據(jù)。
• 外部調(diào)試器：可在CN4處安裝10引腳Cortex?調(diào)試連接器，支持SWD協(xié)議，用于外部調(diào)試目標(biāo)RA MCU。
• e2 studio調(diào)試設(shè)置：創(chuàng)建新項(xiàng)目時(shí)，[調(diào)試硬件]選擇[E2 Lite (ARM)]，[從仿真器為目標(biāo)供電]選擇[否]，[目標(biāo)設(shè)備]選擇[R7FA2E2A7]。

生態(tài)系統(tǒng)接口

• Digilent Pmod?連接器：提供兩個(gè)Digilent Pmod?連接器，由于24引腳設(shè)備的端口限制，部分引腳未連接到MCU端口。Pmod 1為12引腳連接器，RA MCU作為SPI主設(shè)備，連接的模塊作為SPI從設(shè)備，可在固件中重新配置為其他Pmod類型；Pmod 2為12引腳Pmod Type - 3A連接器，支持+3.3 V設(shè)備。
• Arduino?連接器：開(kāi)發(fā)板上有一個(gè)與Arduino Uno R3兼容的連接器接口，同樣由于端口限制，部分引腳未連接到MCU端口。

其他功能

• 用戶和電源LED：開(kāi)發(fā)板上有四個(gè)LED，分別為兩個(gè)用戶LED、一個(gè)電源LED和一個(gè)調(diào)試LED。用戶LED可通過(guò)打開(kāi)相應(yīng)的走線切割跳線與主MCU隔離，以便將相關(guān)端口用于其他用途。
• 用戶和復(fù)位開(kāi)關(guān)：開(kāi)發(fā)板上有兩個(gè)微型瞬時(shí)機(jī)械按鈕式SMD開(kāi)關(guān)，復(fù)位開(kāi)關(guān)（S2）用于重啟RA MCU，用戶開(kāi)關(guān)（S1）可通過(guò)打開(kāi)走線切割跳線E24與MCU隔離。
• MCU啟動(dòng)模式：可通過(guò)安裝兩引腳接頭（J7）選擇RA MCU的啟動(dòng)模式，正常操作（單芯片模式）時(shí)保持J7打開(kāi)，啟用SCI啟動(dòng)模式時(shí)在J7上放置跳線。

五、MCU原生引腳訪問(wèn)區(qū)域

引腳接頭

開(kāi)發(fā)板的引腳接頭J3和J4可提供對(duì)所有RA MCU接口信號(hào)和電源端口電壓的訪問(wèn)，每個(gè)引腳都標(biāo)有連接的電壓或端口。這些引腳接頭的布局允許同時(shí)放置標(biāo)準(zhǔn)2.54 mm（0.100”）中心面包板，用于原型設(shè)計(jì)和測(cè)試自定義電路。但需注意，由于雙設(shè)備封裝布局，部分信號(hào)未連接到MCU，具體可參考設(shè)備硬件手冊(cè)和開(kāi)發(fā)板原理圖。

MCU電流測(cè)量

RA MCU附近設(shè)有電阻R3和測(cè)試點(diǎn)TP1、TP2，用于測(cè)量MCU核心電流。測(cè)量時(shí)，需移除電阻R3，使用電流表連接TP1和TP2；也可將其替換為合適的低值電阻，使用電壓表測(cè)量電壓，再根據(jù)歐姆定律計(jì)算電流。

六、認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)

EMC/EMI標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)發(fā)板符合FCC Notice (Class A)、Innovation, Science and Economic Development Canada ICES - 003、CE Class A (EMC)、UK UKCA Class A (EMC)、Taiwan Chinese National Standard 13438, C6357、Australia/New Zealand AS/NZS CISPR 32:2015等標(biāo)準(zhǔn)。在使用過(guò)程中，若出現(xiàn)有害干擾，可嘗試重新定向或重新定位接收天線、增加設(shè)備與接收器的距離等方法解決。

材料選擇、廢物、回收和處置標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)發(fā)板符合EU RoHS和China SJ/T 113642014標(biāo)準(zhǔn)，具有10年環(huán)保使用期。

安全標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)發(fā)板符合UL 94V - 0安全標(biāo)準(zhǔn)。

七、設(shè)計(jì)與制造信息

開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)和制造信息可在“FPB - RA2E2 v1 Design Package”中找到，該文件可從renesas.com/ra/fpb - ra2e2下載。設(shè)計(jì)包內(nèi)容包括原理圖、機(jī)械圖、3D圖、物料清單等文件，以及制造文件和設(shè)計(jì)文件文件夾。

八、網(wǎng)站與支持

可訪問(wèn)以下URL了解開(kāi)發(fā)板和RA系列微控制器的相關(guān)信息，下載工具和文檔，并獲取支持：

• FPB - RA2E2資源：renesas.com/ra/fpb - ra2e2
• RA套件信息：renesas.com/ra/kits
• RA產(chǎn)品信息：renesas.com/ra
• RA產(chǎn)品支持論壇：renesas.com/ra/forum
• RA視頻：renesas.com/ra/videos
• RA套件反饋和功能請(qǐng)求：renesas.com/ra/kitfeedback
• Renesas支持：renesas.com/support

總之，Renesas FPB - RA2E2開(kāi)發(fā)板憑借其豐富的功能和良好的擴(kuò)展性，為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)。在使用過(guò)程中，我們需要仔細(xì)閱讀用戶手冊(cè)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和建議進(jìn)行操作，以充分發(fā)揮開(kāi)發(fā)板的性能。大家在使用這款開(kāi)發(fā)板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。