支持EtherCAT協(xié)議的工業(yè)用微處理器新選擇 —— 瑞薩 RZ/T2L 評(píng)估套件評(píng)測(cè)

工業(yè)系統(tǒng)的快速發(fā)展為我們社會(huì)的進(jìn)步提供了充足的動(dòng)力，但是工業(yè)系統(tǒng)中廣泛使用的伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器，工業(yè)機(jī)器人等都需要高速、精確的實(shí)時(shí)控制。為了滿足這些需求，瑞薩公司推出了一款支持EtherCAT通信協(xié)議的全新工業(yè)用微處理器（MPU）——RZ/T2L，其繼承了瑞薩高端產(chǎn)品RZ/T2M的硬件架構(gòu)，為快速增長(zhǎng)的工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)帶來(lái)了新的解決方案。這些優(yōu)異的特性使得它成為了工廠自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備及樓宇自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。

下面就由我來(lái)為大家介紹一下這款優(yōu)秀的RZ/T2L MPU及對(duì)應(yīng)的評(píng)估套件。

開箱

RZ/T2L評(píng)估套件采用瑞薩公司經(jīng)典的藍(lán)白色調(diào)紙質(zhì)包裝盒，其官方名稱為RTK9RZT2L0S00000BJ——Renesas Starter Kit+ for RZ/T2L。包裝盒的正面是瑞薩公司的LOGO，而在其他部分并沒有過(guò)多的冗余文字，整個(gè)包裝盡顯大氣。打開包裝盒，盒內(nèi)包含了RSK+RZ/T2L評(píng)估板，一根Mini USB線，一根Micro USB線，一根雙頭Type C USB線、英文和日文的快速入門指南以及聲明文件。

圖1 RSK+RZ/T2L 評(píng)估套件

硬件資源

整個(gè)RZ/T2L評(píng)估板約為150mm×150mm大小，板上的資源非常豐富，總體來(lái)看可以分為核心功能區(qū)、Debug接口區(qū)、外圍設(shè)備區(qū)以及電源管理區(qū)等幾個(gè)主要部分。在評(píng)估板的正面主要包括了MPU核心、各種存儲(chǔ)器、Ethernet接口、USB Host接口、RS485接口、CAN接口、用戶按鍵、LED燈等大多數(shù)器件以及各種流行的開源硬件接口；而在評(píng)估板的背面則元器件數(shù)量相對(duì)較少，主要是網(wǎng)絡(luò)控制芯片、mini USB接口和總線復(fù)用器芯片。

圖2 RZ/T2L評(píng)估板的正面資源分布

圖3 RZ/T2L評(píng)估板的背面資源分布

（1） 電源部分

電源部分是整個(gè)評(píng)估板的核心，為了保證系統(tǒng)能夠正常工作，RZ/T2L評(píng)估板提供了兩種電源輸入方式供用戶選擇，分別是2.0mm的5V直流插頭及USB Type-C接口（如下圖紅色框所示），值得注意的是，若采用5V直流插頭供電方式，電源適配器需要大于15W，這樣才能保證評(píng)估板正常運(yùn)行。在正常接入電源后，打開電源開關(guān)（如下圖橙色框所示）系統(tǒng)開始正常運(yùn)行。

圖4 RZ/T2L評(píng)估板的電源部分

（2） MPU核心部分

整個(gè)評(píng)估套件最核心的就是MPU區(qū)域了，該部分包含了核心MPU以及各種存儲(chǔ)器。對(duì)于存儲(chǔ)器RZ/T2L評(píng)估板搭載了OctaFlash、HyperRAM、Quad SPI flash memory以及EEPROM等多種類別。具體連接方式以及地址空間可參考下圖：

圖5 評(píng)估板上存儲(chǔ)器的連接方式及地址空間

對(duì)于MPU，本評(píng)估板上搭載的詳細(xì)型號(hào)為R9A07G074M04GBG，其采用196腳的BGA封裝。該MPU屬于瑞薩RZ家族系列，目前該系列中包含了RZ/A系列、RZ/T系列、RZ/G系列、RZ/N系列、RZ/V系列等，它們之間主要的區(qū)別在于面向的應(yīng)用對(duì)象不同，如：RZ/G系列主要面向3D圖像及視頻顯示領(lǐng)域；而RZ/T系列則主要面向高速和高精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，根據(jù)資源與支持接口的不同RZ/T系列又可以分為RZ/T2M、RZ/T2L、RZ/T1三款產(chǎn)品。

圖6 RZ/T系列產(chǎn)品

我們?cè)u(píng)估板上的R9A07G074M04GBG芯片屬于RZ/T2L系列，其采用Arm? Cortex?-R52 內(nèi)核，工作頻率高達(dá) 800MHz，具有大型緊密耦合內(nèi)存 (576KB) 可實(shí)現(xiàn)確定性實(shí)時(shí)響應(yīng)，集成 Beckhoff 的 EtherCAT IP 避免了互操作性問(wèn)題，同時(shí)芯片具有安全功能可降低用戶程序被偽造和篡改的風(fēng)險(xiǎn)，并且使用與其他 RZ 系列 MPU 和 RA 系列 MCU 相同的靈活軟件包 (FSP) 和軟件開發(fā)環(huán)境輕松擴(kuò)展開發(fā)，允許專業(yè)人員復(fù)用軟件。另外，與緊湊型設(shè)計(jì)的 RZ/T2M 相比，RZ/T2L尺寸縮小高達(dá) 50%，使得其在生產(chǎn)中能夠?qū)涣魉欧⒐I(yè)電機(jī)、變頻、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

圖7 評(píng)估板上MPU芯片

圖8 RZ/T系列產(chǎn)品功能框圖

實(shí)際上，RZ/T2L產(chǎn)品線又可以分為下圖所示的4款MPU，用戶可以根據(jù)項(xiàng)目對(duì)資源的需求來(lái)選擇合適型號(hào)的芯片。

圖9 RZ/T2L系列的四款芯片對(duì)比

（3） 調(diào)試電路部分

調(diào)試是應(yīng)用程序開發(fā)中非常重要的環(huán)節(jié)，由于RZ/T2L評(píng)估板的MPU采用的是ARM內(nèi)核，因此，采用J-Link就可以進(jìn)行調(diào)試。為了方便用戶，評(píng)估板提供了兩種調(diào)試方式：工程師們既可以用板載的J-Link OB進(jìn)行調(diào)試，也可以通過(guò)評(píng)估板上提供的接口使用外接J-Link或I-jet進(jìn)行調(diào)試。如果使用的是板載J-Link OB那么需要斷開評(píng)估板上的J9跳線（圖中橙色框）后通過(guò)Micro USB線（圖中紅色框）與電腦連接即可，此時(shí)評(píng)估板上的LED6燈將會(huì)點(diǎn)亮；如果采用的是外接J-Link或I-jet進(jìn)行調(diào)試，則需要將J9跳線連接，同時(shí)將J-Link或I-jet通過(guò)J20（圖中藍(lán)色框）與評(píng)估板進(jìn)行連接。

圖10 板載調(diào)試電路部分

（4） 外圍接口部分：

為了便于工程師們對(duì)RZ/T2L進(jìn)行評(píng)估，板卡上包含了豐富的外設(shè)資源，除了常規(guī)的LED燈，用戶按鍵，復(fù)位按鍵及CAN、USB等接口以外，還支持多種主流的開源硬件接口，如QWIIC接口、2個(gè)Grove接口、2個(gè)PMOD接口、mikro BUS接口等。另外，為了方便工程師們外接擴(kuò)展應(yīng)用子板，RZ/T2L評(píng)估板還將MPU的大部分引腳引出。由于EtherCAT作為一種快速發(fā)展的通信協(xié)議，越來(lái)越多地被廣泛的市場(chǎng)采用，在工廠自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備和樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合都有優(yōu)異的表現(xiàn)，因此，除了開源硬件接口以外，RZ/T2L評(píng)估板還包含有支持EtherCAT通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)該接口RZ/T2L MPU 可輕松實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。

圖11 外圍接口電路

軟件資源

除了擁有豐富的硬件資源之外，瑞薩公司為RZ/T2L套件提供了詳盡的資料和完整的軟件開發(fā)包。這些資料都可以在瑞薩公司的官網(wǎng)上找到，在這里強(qiáng)烈推薦rzt2l-easy-download-guide這個(gè)文檔（https://www.renesas.cn/cn/zh/document/oth/rzt2l-easy-download-guide?r=25412341）在這個(gè)文檔中有與RZ/T2L相關(guān)的所有資料文檔下載地址。

圖12 RZ/T2L-easy-download-guide內(nèi)容

根據(jù)文檔中的提示，集成開發(fā)環(huán)境IAR以及e2 studio都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)RZ/T2L進(jìn)行評(píng)估，我們只需要在網(wǎng)站上下載對(duì)應(yīng)的安裝包即可。在這里強(qiáng)烈推薦瑞薩公司推出的靈活配置軟件包（FSP），在該軟件包里包括高性能、低內(nèi)存占用的業(yè)界一流的 HAL驅(qū)動(dòng)程序、集成了多種RTOS的中間件協(xié)議棧，能夠簡(jiǎn)化通信和安全等復(fù)雜模塊的實(shí)現(xiàn)；而配套的e2 studio IDE則提供了對(duì)圖形化配置工具和智能代碼生成器的支持，這些都會(huì)使得編程和調(diào)試變得更加輕松快捷。由于瑞薩公司產(chǎn)品線眾多，而不同的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的FSP都不相同，所以下載時(shí)要特別注意FPS FSP的版本，如果以前系統(tǒng)中并沒有安裝過(guò)e2 studio則推薦下載安裝下圖中的 “e2 studio and RZ/T2 FSP Install”

圖13 e2 studio安裝下載

安裝好e2 studio開發(fā)工具以后就可以開始進(jìn)行評(píng)估了，首先通過(guò)Type-C接口對(duì)板卡進(jìn)行供電，并通過(guò)Micro USB接口利用板卡上自帶的Jlink-OB調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，按照下圖方式設(shè)置好跳線從xSPI 1 boot mode啟動(dòng)后，打開電源開關(guān)即可。

圖14 啟動(dòng)跳線選擇

與其它FSP版本不同的是，RZ/T2L軟件包（FSP）中包含有亮燈示例程序，工程師們只需要簡(jiǎn)單的按照向?qū)杉纯?。首先，運(yùn)行安裝好的e2 studio開發(fā)工具

圖15 e2 studio啟動(dòng)

隨后，在彈出的對(duì)話框中選擇工作路徑后點(diǎn)擊“Launch”按鈕開始創(chuàng)建工程

圖16 創(chuàng)建工作空間界面

在主界面中選擇”File”,”New”,”C/C++ Project”創(chuàng)建一個(gè)工程：

圖17 創(chuàng)建項(xiàng)目

在隨后出現(xiàn)的菜單中選擇”Renesas RZ/T C/C++ FSP Project”點(diǎn)擊“Next”進(jìn)入下一步：

圖18 選擇FSP工程模板

輸入項(xiàng)目名稱，在這里我們就輸入“Blink”，點(diǎn)擊“Next”進(jìn)入下一步：

圖19 創(chuàng)建項(xiàng)目名稱

選擇板卡的啟動(dòng)方式，由于前面我們跳線選擇的是xSPI 1 boot mode啟動(dòng)，所以在此同樣選擇該模式(如果要選擇xSPI 0 boot mode，則需要更改前面的啟動(dòng)方式為xSPI 0 boot mode，同時(shí)要注意更改對(duì)應(yīng)的XSPI 0_CS跳線)，選擇評(píng)估板上的芯片以及GUN ARM Embeded的版本。點(diǎn)擊“Next”后進(jìn)入下一個(gè)界面。

圖20 選擇板卡及芯片

該界面為編譯選項(xiàng)，由于我們需要的是一個(gè)可執(zhí)行文件且不需要RTOS支持，因此直接按照默認(rèn)的就可以，點(diǎn)擊Next進(jìn)入下一個(gè)界面。

圖21 選擇項(xiàng)目目標(biāo)

該界面為應(yīng)用程序模板選擇界面，我們直接選擇內(nèi)置的亮燈程序即可，點(diǎn)擊“Finish”完成

圖22 選擇亮燈程序模板

最終我們得到可以調(diào)試的亮燈程序，整個(gè)項(xiàng)目信息如下：

圖23 項(xiàng)目信息

點(diǎn)擊工具欄中的編譯后，再點(diǎn)擊調(diào)試，程序開始正常運(yùn)行，同時(shí)也可以選擇單步進(jìn)行調(diào)試。

圖24 項(xiàng)目運(yùn)行

總結(jié)

瑞薩 RZ/T2L 入門套件是用于 RZ/T2L MPU 的一款評(píng)測(cè)和開發(fā)套件，其功能豐富，在評(píng)估板上包含了多個(gè)主流的開源硬件接口及千兆以太網(wǎng) PHY 和Octal Flash等多種功能的 IC，以便工程師們可以在沒有擴(kuò)展板的情況下評(píng)測(cè) RZ/T2L 的各種功能。另外，評(píng)估板還將MPU主要IO口擴(kuò)展了出來(lái)，并自帶了J-Link OB調(diào)試下載器，只需將附帶的電纜連接到PC，即可立即通過(guò)板載仿真器開始評(píng)估。這些都能夠極大地降低工程師們對(duì)RZ/T2L系列MCU的評(píng)估成本，同時(shí)還可以輕松實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)意。欲了解更多詳情，可以參考以下網(wǎng)址：https://www.renesas.com/rskrzt2l