【瑞薩AI挑戰(zhàn)賽-FPB-RA6E2】從STM32到瑞薩RA6E2：邊緣AI入門體驗(yàn)報(bào)告

摘要

作為一名有51單片機(jī)和STM32開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，這是我第一次接觸瑞薩（Renesas）的RA系列MCU。本次評(píng)測(cè)的主角是FPB-RA6E2快速原型板，配合瑞薩獨(dú)特的Reality AI工具鏈，能夠?qū)?fù)雜的非視覺(jué)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的AI模型。本報(bào)告將從開(kāi)箱、環(huán)境搭建、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到AI模型部署，完整記錄我的入門體驗(yàn)（ 其實(shí)就是看大佬的文章過(guò)一遍 ）。

一、開(kāi)箱與硬件初識(shí)

1.1 開(kāi)發(fā)板概述

FPB-RA6E2是瑞薩電子推出的一款基于RA6E2 MCU組的快速原型開(kāi)發(fā)板，專為快速原型設(shè)計(jì)而生。拿到開(kāi)發(fā)板的第一印象是：做工精良，布局清晰，接口豐富。

1.2 核心硬件參數(shù)

主控芯片：R7FA6E2BB3CFM

? 內(nèi)核：200MHz ARM Cortex-M33（帶TrustZone安全功能）

? 閃存：256KB代碼閃存 + 4KB數(shù)據(jù)閃存

? SRAM：40KB

? 封裝：64引腳LQFP

外設(shè)接口：

? USB 2.0全速設(shè)備接口

? CAN FD、I3C、HDMI CEC、SSI、Quad SPI

? 12位ADC/DAC

? 通用PWM定時(shí)器

? 兩個(gè)Digilent Pmod?連接器

? Arduino Uno R3兼容接口

板載資源：

? 板載J-Link調(diào)試器（無(wú)需額外調(diào)試工具）

? 2個(gè)用戶LED（綠色）

? 1個(gè)用戶按鍵 + 1個(gè)復(fù)位按鍵

? 電源LED和調(diào)試LED

? MCU電流測(cè)量點(diǎn)

1.3 第一印象

相比STM32的開(kāi)發(fā)板，F(xiàn)PB-RA6E2的板載調(diào)試器集成度很高，一根USB線即可完成供電、調(diào)試和串口通信，省去了外接ST-Link的麻煩（ 真的很好，不用花額外的錢，并且到手即開(kāi)發(fā) ）。板子尺寸小巧，通孔設(shè)計(jì)讓訪問(wèn)所有MCU引腳變得非常方便。

二、開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

2.1 軟件準(zhǔn)備

瑞薩的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）e2 studio IDE

這是瑞薩官方推出的基于Eclipse的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成了FSP（Flexible Software Package）軟件包。

下載地址： https://www.renesas.cn/zh/software-tool/e2studio

（2）RA Smart Configurator（RASC）

圖形化配置工具，用于配置MCU的引腳、時(shí)鐘、外設(shè)等，類似于STM32CubeMX。

下載地址： https://www.renesas.cn/zh/software-tool/ra-smart-configurator

（3）FSP軟件包

包含了HAL庫(kù)、RTOS、中間件等，是開(kāi)發(fā)的核心依賴。

2.2 安裝過(guò)程

安裝過(guò)程整體比較順利，但有幾個(gè)需要注意的地方：

（1）e2 studio安裝包較大（約1.6GB），下載需要一定時(shí)間。

（2）安裝時(shí)建議選擇完整安裝，包含所有FSP版本，因?yàn)椴煌幾g器版本可能會(huì)導(dǎo)致編譯報(bào)錯(cuò)。

（3）安裝過(guò)程中可能會(huì)遇到系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)的安全提示，全部允許即可。

（4）首次啟動(dòng)e2 studio時(shí)， 建議以管理員身份運(yùn)行 ，因?yàn)楹罄m(xù)數(shù)據(jù)采集時(shí)需要寫入C盤User文件夾。

2.3 與STM32開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)比

三、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：LED點(diǎn)燈

3.1 創(chuàng)建工程

使用RASC創(chuàng)建工程的步驟：

（1）打開(kāi)RASC，選擇"File"→"New"→"Renesas C/C++ Project"→"Renesas RA"

（2）選擇項(xiàng)目模板為"Renesas RA FSP Solution"

（3）輸入項(xiàng)目名稱，選擇開(kāi)發(fā)板型號(hào)為"FPB-RA6E2"

（4）工具鏈選擇"GNU ARM Embedded"

（5）TrustZone類型選擇"Flat (Non-TrustZone) Project"

（6）RTOS選擇"No RTOS"

（7）模板選擇"Blinky"（LED閃爍模板）

3.2 引腳配置

在RASC的引腳配置界面，可以看到可視化的引腳圖。FPB-RA6E2的兩個(gè)用戶LED分別連接到P206和P207引腳。選中引腳后，右鍵可以定義引腳屬性為"Output"模式。

3.3 代碼生成與編譯

點(diǎn)擊"Generate Project Content"按鈕生成項(xiàng)目代碼，然后用e2 studio打開(kāi)工程。編譯過(guò)程比較順利，沒(méi)有遇到報(bào)錯(cuò)。編譯速度感覺(jué)比STM32CubeIDE稍慢一些。

3.4 程序下載與驗(yàn)證

（1）用USB線連接開(kāi)發(fā)板到電腦

（2）在e2 studio中配置調(diào)試器為J-Link

（3）點(diǎn)擊"Debug"按鈕，程序自動(dòng)下載并運(yùn)行

（4）觀察到底板上的兩個(gè)綠色LED開(kāi)始閃爍

3.5 代碼分析

瑞薩的HAL庫(kù)代碼結(jié)構(gòu)清晰，主要函數(shù)包括：

? R_IOPORT_Open()：初始化IO端口

? R_IOPORT_PinWrite()：設(shè)置引腳電平

與STM32 HAL相比，瑞薩的API命名更加統(tǒng)一，但參數(shù)傳遞方式略有不同，需要適應(yīng)一下。

四、Reality AI工具使用體驗(yàn)

4.1 Reality AI簡(jiǎn)介

Reality AI是瑞薩開(kāi)發(fā)的工具鏈，專門用于在MCU上部署TinyML/Edge AI模型。它的特點(diǎn)是：

? 基于高級(jí)信號(hào)處理生成AI模型

? 支持振動(dòng)、聲音、電流等非視覺(jué)傳感器信號(hào)

? 從數(shù)據(jù)采集到模型部署的全流程自動(dòng)化

4.2 賬號(hào)申請(qǐng)

Reality AI工具需要申請(qǐng)?jiān)囉觅~號(hào)，通過(guò)公司或高校郵箱可以向瑞薩官方申請(qǐng)。審核通過(guò)后會(huì)收到賬號(hào)信息。本次挑戰(zhàn)賽的福利也是能輕松獲得賬號(hào)。

登錄地址： https://portal.reality.ai/login

4.3 數(shù)據(jù)采集

（1）在e2 studio中配置Reality AI賬號(hào)和API密鑰

（2）打開(kāi)傳感器數(shù)據(jù)采集工具，選擇項(xiàng)目、串口和開(kāi)發(fā)板

（3）連接成功后，開(kāi)啟調(diào)試模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

（4）采集的數(shù)據(jù)以CSV格式保存，可以編輯metadata.csv設(shè)置采樣率

4.4 模型訓(xùn)練

（1）在Reality AI平臺(tái)創(chuàng)建新項(xiàng)目，選擇內(nèi)核為M33

（2）上傳采集到的CSV數(shù)據(jù)文件

（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)格式化和分類

（4）創(chuàng)建數(shù)據(jù)集合和數(shù)據(jù)范圍

（5）啟動(dòng)自動(dòng)訓(xùn)練，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)選擇最優(yōu)算法（SVM或CNN）

（6）訓(xùn)練完成后，可以下載C語(yǔ)言模型部署文件

4.5 模型部署

（1）將下載的模型文件解壓到項(xiàng)目指定目錄

（2）修改項(xiàng)目中的宏定義，啟用AI模型

（3）重新編譯并下載程序

（4）使用J-Link RTT Viewer查看運(yùn)行狀態(tài)

4.6 體驗(yàn)感受

Reality AI的最大優(yōu)勢(shì)是"傻瓜式"操作，不需要深入了解AI算法，只需要準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)完成特征提取、模型選擇和訓(xùn)練。對(duì)于嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，這大大降低了AI應(yīng)用的門檻。

但也有一些需要注意的地方：

? 數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響模型效果，需要采集足夠多的樣本

? 不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)分布需要平衡，避免過(guò)擬合

? 模型在板上的實(shí)際運(yùn)行效果需要驗(yàn)證和調(diào)優(yōu)

五、與STM32的對(duì)比體驗(yàn)

5.1 開(kāi)發(fā)體驗(yàn)對(duì)比

作為從STM32遷移過(guò)來(lái)的開(kāi)發(fā)者，我的感受是：

（1）學(xué)習(xí)曲線：瑞薩RA系列的學(xué)習(xí)曲線比STM32稍陡，主要原因是社區(qū)資源相對(duì)較少，遇到問(wèn)題需要更多查閱官方文檔。（這個(gè)是我認(rèn)為瑞薩MCU現(xiàn)在最大的問(wèn)題，和許多廠商一樣，社區(qū)的資源很少，第一次開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)于新手還是有相當(dāng)?shù)碾y度的，基本上我只能跟著大佬的文章去嘗試）

（2）配置工具：RASC和CubeMX功能類似，但RASC的界面更加簡(jiǎn)潔，配置項(xiàng)更加精細(xì)。

（3）HAL庫(kù)：瑞薩的HAL庫(kù)設(shè)計(jì)合理，API命名規(guī)范，但和STM32的HAL庫(kù)有一些差異，需要時(shí)間適應(yīng)。

（4）引腳命名：瑞薩的引腳命名方式（如P206）和STM32（如PA0）不同，剛開(kāi)始會(huì)有些不習(xí)慣。

5.2 性能對(duì)比

從參數(shù)上看，RA6E2在性能、功耗和安全性方面都有優(yōu)勢(shì)，特別是200MHz的主頻和TrustZone安全功能，在需要高性能和安全性的應(yīng)用場(chǎng)景中很有競(jìng)爭(zhēng)力。

5.3 生態(tài)對(duì)比

STM32的生態(tài)無(wú)疑更加成熟，社區(qū)資源豐富，第三方教程和例程眾多。瑞薩RA系列的生態(tài)正在快速發(fā)展，官方文檔齊全，但社區(qū)貢獻(xiàn)的內(nèi)容相對(duì)較少。

六、遇到的問(wèn)題與解決方案（僅僅是我認(rèn)為很蠢的并且卡了我一定時(shí)間的錯(cuò)誤）

6.1 問(wèn)題一：e2 studio無(wú)法寫入數(shù)據(jù)文件

現(xiàn)象： 打開(kāi)數(shù)據(jù)連接時(shí)報(bào)錯(cuò)，提示無(wú)法訪問(wèn)文件。

原因： e2 studio需要向C盤User文件夾寫入CSV文件，但Windows默認(rèn)該文件夾為只讀。

解決： 以管理員身份運(yùn)行e2 studio。

6.2 問(wèn)題二：編譯報(bào)錯(cuò)，提示FSP版本不匹配

現(xiàn)象： 導(dǎo)入示例工程后編譯報(bào)錯(cuò)。

原因： 工程使用的FSP版本與本地安裝的版本不一致。

解決： 在RASC中更新FSP版本，或在安裝時(shí)選擇完整安裝所有FSP版本。

6.3 問(wèn)題三：數(shù)據(jù)上傳失敗

現(xiàn)象： e2 studio中點(diǎn)擊上傳按鈕后報(bào)錯(cuò)。

原因： 網(wǎng)絡(luò)連接或API配置問(wèn)題。

解決： 采用從外部導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方式，直接在Reality AI平臺(tái)上傳CSV文件。

七、總結(jié)與建議

7.1 總體評(píng)價(jià)

FPB-RA6E2是一款優(yōu)秀的入門級(jí)開(kāi)發(fā)板，配合Reality AI工具鏈，為嵌入式AI應(yīng)用提供了一個(gè)完整的解決方案。對(duì)于有以下需求的開(kāi)發(fā)者，我強(qiáng)烈推薦嘗試：

? 需要高性能、低功耗的MCU應(yīng)用

? 對(duì)邊緣AI感興趣，但缺乏深度學(xué)習(xí)背景

? 需要TrustZone安全功能的應(yīng)用

? 想要嘗試新的MCU平臺(tái)

7.2 優(yōu)點(diǎn)

（1）硬件性能強(qiáng)勁：200MHz Cortex-M33內(nèi)核，功耗僅80μA/MHz

（2）集成度高：板載J-Link調(diào)試器，一根USB線搞定所有

（3）AI工具鏈完善：Reality AI降低了AI應(yīng)用門檻（這個(gè)可以說(shuō)是本次體驗(yàn)下來(lái)最讓我驚艷的地方，不需要太多的時(shí)間就可以做一個(gè)真正的ai的項(xiàng)目）

（4）外設(shè)豐富：CAN FD、I3C、USB等常用接口一應(yīng)俱全

（5）文檔齊全：官方文檔詳細(xì)，適合 自學(xué) （我自身比較菜，還是不敢這么說(shuō)的）

7.3 不足

（1）社區(qū)資源較少：相比STM32，第三方教程和例程不多

（2）學(xué)習(xí)曲線稍陡：對(duì)于習(xí)慣了STM32的開(kāi)發(fā)者，需要適應(yīng)新的命名和配置方式

（3）例程不夠豐富：希望官方能提供更多應(yīng)用示例

7.4 結(jié)語(yǔ)

從51到STM32，再到現(xiàn)在的瑞薩RA6E2，每一次接觸新的平臺(tái)都是一次學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。雖然瑞薩RA系列的生態(tài)還不如STM32成熟，但其強(qiáng)勁的性能、完善的AI工具鏈和優(yōu)秀的功耗表現(xiàn)，讓我看到了它在邊緣AI領(lǐng)域的巨大潛力。（這也是我第一次寫測(cè)評(píng)文章，水平有限QAQ）

感謝電子發(fā)燒友網(wǎng)和瑞薩電子提供的這次評(píng)測(cè)機(jī)會(huì)，讓我有機(jī)會(huì)接觸到這個(gè)優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。希望這篇報(bào)告能夠幫助到其他想要嘗試瑞薩RA系列的開(kāi)發(fā)者。

參考資料

1. FPB-RA6E2官方頁(yè)面：https://www.renesas.com/en/design-resources/boards-kits/fpb-ra6e2
2. Reality AI工具官網(wǎng)：https://www.renesas.com/en/software-tool/reality-ai-tools
3. 基于Reality AI的動(dòng)作識(shí)別案例教程：https://www.bilibili.com/video/BV1G3ZjYXEef/
4. RA生態(tài)工作室公眾號(hào)
5. 瑞薩官方文檔和FSP用戶手冊(cè)

審核編輯 黃宇