瑞薩電子RL78 MCU簡(jiǎn)介

瑞薩電子16位RL78族嵌入式微控制器將先進(jìn)的低功耗技術(shù)和出色的性能集于一身，這是因?yàn)樗捎昧讼冗M(jìn)的電源管理系統(tǒng)，可促進(jìn)高效利用電源，延長(zhǎng)便攜式應(yīng)用的電池使用壽命。RL78族MCU非常適合多個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)的各種不同的應(yīng)用開發(fā)，例如家用電器、小型電器、工業(yè)和樓宇自動(dòng)化、家用醫(yī)療診斷設(shè)備、個(gè)人醫(yī)療保健設(shè)備和消費(fèi)型電子產(chǎn)品。與同類微控制器相比，RL78 MCU具有更高的能效和更長(zhǎng)的電池使用壽命，因而為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)傳感器系統(tǒng)提供了理想的平臺(tái)，能夠在更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的位置進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)處理，從而減少延遲，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)告。

RL78 MCU關(guān)鍵特性概述：

? 真正的低功耗工作，在待機(jī)-Stop模式下的功耗低至0.23μA，提供三種低功耗工作模式，以便達(dá)到最高效的能耗水平，最大程度地延長(zhǎng)電池使用壽命。

? 高處理性能，RL78/G14可在32MHz的頻率下提供高達(dá)51.2 DMIPS的性能。

? 廣泛的可擴(kuò)展性，提供超過(guò)1000種器件，10至128個(gè)引腳封裝，以及1 KB至512 KB的閃存。

? 內(nèi)置的片上外設(shè)功能，可降低總系統(tǒng)成本，消除空間限制。

? 出色的質(zhì)量、可靠性和安全性，符合UL/IEC 60730標(biāo)準(zhǔn)。

瑞薩電子提供全面的生態(tài)系統(tǒng)，包括開發(fā)工具、解決方案套件、在線資源和合作伙伴網(wǎng)絡(luò)，幫助客戶最大程度地降低設(shè)計(jì)和開發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

可降低能耗的真正的低功耗元器件

RL78族產(chǎn)品主要通過(guò)兩種方式提供真正的低功耗：降低MCU自身的能耗;幫助實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)的更高效能源管理。

瑞薩電子RL78 MCU在待機(jī)-Stop模式下(在Stop模式下，沒(méi)有時(shí)鐘工作，RAM內(nèi)容保留)僅有0.23μA的超低功耗，而在CPU運(yùn)行模式下，在運(yùn)行NOP指令和產(chǎn)生144μA/MHz工作電流時(shí)，仍能達(dá)到66μA/MHz的低功耗。因此，它在32MHz的工作頻率下可以提供高達(dá)51.2 DMIP的性能，同時(shí)保持高能效。RL78族產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)高于市面上的其他8位和16位微控制器。

RL78 MCU擁有能源管理系統(tǒng)，可進(jìn)一步促進(jìn)高效利用電源，這一點(diǎn)對(duì)于延長(zhǎng)便攜式應(yīng)用的電池使用壽命至關(guān)重要。由于RL78 MCU本身的功耗不高，使用+3V電源且啟用所有外設(shè)時(shí)，在32MHz的工作頻率下，其功耗一般低于20毫瓦，因此它很容易達(dá)到電器行業(yè)的待機(jī)功率要求，即從交流線路獲取的功率小于100毫瓦。當(dāng)處于任一種低功耗工作模式(Snooze、Halt和Stop)下時(shí)，RL78 MCU的功耗可以進(jìn)一步降低，通過(guò)禁用CPU和未使用的外設(shè)，能夠最大限度地延長(zhǎng)電池使用壽命。

最大程度延長(zhǎng)電池使用壽命的關(guān)鍵要素之一是確保CPU盡可能處于空閑狀態(tài)，并且在活動(dòng)狀態(tài)下時(shí)具有靈活性，盡可能提高工作效率。在CPU Run模式下，當(dāng)不需要最高性能時(shí)，RL78的內(nèi)部振蕩器甚至能夠向下擴(kuò)展到更低的頻率，以節(jié)省MCU電流消耗。Halt模式會(huì)暫停CPU處理，但允許所有外設(shè)運(yùn)行。這種模式會(huì)保持進(jìn)入Halt模式前正在運(yùn)行的系統(tǒng)時(shí)鐘狀態(tài)，讓CPU能夠快速重新恢復(fù)工作，無(wú)需等待系統(tǒng)時(shí)鐘啟動(dòng)。與CPU運(yùn)行時(shí)相比，Halt模式能夠節(jié)省多達(dá)80%的MCU總電流。在Stop模式下，看門狗定時(shí)器和電壓檢測(cè)器(例如上電復(fù)位(POR)電路)均在保留所有RAM數(shù)據(jù)的情況下工作，而系統(tǒng)僅消耗0.53μA電流(典型值)。此外，15kHz低速時(shí)鐘和32kHz次級(jí)時(shí)鐘仍能運(yùn)行，支持日期/時(shí)間實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器、LCD控制器驅(qū)動(dòng)器升壓電路以及定時(shí)事件的8位或12位間隔定時(shí)器運(yùn)行。所有這些低功耗外設(shè)都可在Stop模式下使用，總消耗電流不超過(guò)1微安。

RL78增加了一種特殊的低功耗模式，稱為Snooze模式，前幾代低功耗MCU中都沒(méi)有這種模式。Snooze模式允許串行通信和ADC轉(zhuǎn)換器通過(guò)高速內(nèi)部振蕩器時(shí)鐘從Stop模式啟動(dòng)，而無(wú)需給CPU時(shí)鐘定時(shí)。因此，Snooze模式與Halt模式類似，在數(shù)據(jù)采集之前都無(wú)需CPU介入，從而節(jié)省了電流消耗。這種模式非常適合電池供電系統(tǒng)，因?yàn)樗梢燥@著地提高電池使用壽命。

圖 1. RL78提供三種低功耗工作模式，以最大限度延長(zhǎng)電池使用壽命

出色的性能支持在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行更多數(shù)據(jù)處理

RL78 MCU提供無(wú)與倫比的功耗性能比。RL78使用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的16位CPU，采用哈佛架構(gòu)，為RAM、控制寄存器和外設(shè)提供完全的16位數(shù)據(jù)總線。此外，還提供三級(jí)管道，可在單個(gè)處理器內(nèi)實(shí)現(xiàn)指令級(jí)并行處理。86%的指令均可在一個(gè)或兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行，最大時(shí)鐘速度可達(dá)到32MHz。這種高性能在Dhrystone基準(zhǔn)測(cè)試中的測(cè)試結(jié)果為1.6 DMIPS/MHz，也就是說(shuō)，在32MHz頻率下的處理性能大約為51.2 DMIP。RL78族產(chǎn)品還提供同類產(chǎn)品中最大的工作電壓范圍：1.6V至5.5V。

另外，RL78 MCU為乘法、乘積累加、除法函數(shù)提供硬件支持。乘法和乘積累加運(yùn)算分別在一個(gè)或兩個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行。借助多達(dá)四個(gè)獨(dú)立的DMA通道，它可在兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)在RAM內(nèi)存和外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但是，部分RL78 MCU產(chǎn)品群具有DTC(數(shù)據(jù)傳輸控制)功能，可為外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸功能提供更高的靈活性和更多的通道。

大量可選器件提供可擴(kuò)展性

瑞薩電子RL78族產(chǎn)品提供的MCU產(chǎn)品線是行業(yè)內(nèi)最廣泛的MCU產(chǎn)品線之一，共有超過(guò)1000種器件，具有10至128個(gè)引腳之間的17種不同的引腳數(shù)，提供1KB至512KB的閃存。G系列型號(hào)采用了通用型MCU，L系列的MCU則提供LCD控制器驅(qū)動(dòng)器功能。F系列可滿足汽車應(yīng)用需求。I系列則可滿足工業(yè)應(yīng)用需求，例如照明、計(jì)量或檢測(cè)。設(shè)計(jì)人員可在同一系列產(chǎn)品中，從最小代碼閃存容量輕松擴(kuò)展至最大代碼閃存容量，能夠通過(guò)遷移至更大引腳數(shù)器件，輕松地添加更多的I/O和功能，而無(wú)需重新編寫以前編寫和調(diào)試的代碼驅(qū)動(dòng)程序。軟件代碼可以在整個(gè)RL78族產(chǎn)品中重復(fù)使用。例如，在小引腳數(shù)RL78 MCU上運(yùn)行的任何內(nèi)部集成電路總線(I2C)、通用異步接收器/收發(fā)器(UART)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)驅(qū)動(dòng)軟件無(wú)需經(jīng)過(guò)代碼更改，即可在大引腳數(shù)的器件上使用，甚至可在不同RL78系列類型之間通用。此外，I/O端口引腳和外設(shè)功能引腳可從最小引腳數(shù)擴(kuò)展至最大引腳數(shù)，同時(shí)隨著引腳數(shù)增加，保持邏輯端口引腳編號(hào)，保持相同順序位置的外設(shè)引腳物理PCB布局。

另一方面，借助RL78的外設(shè)I/O重定向寄存器(PIOR)功能，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑽锢硪_連接重新映射到選定外設(shè)，從而優(yōu)化外設(shè)引腳功能。由于布局或外設(shè)引腳共享限制，現(xiàn)有的外設(shè)I/O分配可能出現(xiàn)沖突。在這種情況下，PIOR可以通過(guò)減少引腳上的功能瓶頸，來(lái)優(yōu)化外設(shè)引腳功能。

利用更強(qiáng)大的MCU來(lái)降低系統(tǒng)成本

RL78 MCU實(shí)現(xiàn)了高度集成，而且內(nèi)置了高級(jí)外設(shè)，通過(guò)采用以下片上元器件消除了外部元器件，從而降低系統(tǒng)成本：

? 高速系統(tǒng)振蕩器，頻率精確度為±1%，帶有校準(zhǔn)寄存器。

? 看門狗定時(shí)器。

? 低電壓檢測(cè)復(fù)位電路。

? 數(shù)據(jù)閃存，用于存儲(chǔ)用戶偏好、機(jī)器參數(shù)和日志數(shù)據(jù)，因此無(wú)需外部EEPROM。RL78數(shù)據(jù)閃存支持一百萬(wàn)個(gè)擦除/寫入周期，與典型EEPROM的使用壽命相匹配。

? 溫度傳感器，量程為-40℃至+85℃。

? 多電源接口。

圖 2. RL78 MCU在芯片內(nèi)部集成了更多的外設(shè)功能，降低了總成本，并且減少了元器件占用空間

內(nèi)置質(zhì)量和安全性

RL78 MCU具有多種安全功能，能夠確保器件正常工作，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。

RL78 MCU為存儲(chǔ)在閃存中的軟件代碼和數(shù)據(jù)提供“始終開啟”保護(hù)。RL78閃存采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的130納米閃存單元結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)最低功耗糾錯(cuò)編碼(ECC)，在每個(gè)32位閃存上進(jìn)行38位編碼。如果閃存的修改狀況超出了ECC糾錯(cuò)的能力，RL78 CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn)碼)功能模塊可識(shí)別嚴(yán)重錯(cuò)誤，讓軟件能夠即時(shí)做出反應(yīng)，安全地關(guān)閉MCU。

此外，RL78閃存支持片上調(diào)試(OCD)功能，該功能可提供密碼保護(hù)，防止黑客對(duì)客戶應(yīng)用程序代碼進(jìn)行反向工程。但是，提供正確密碼的授權(quán)用戶可以查看代碼閃存以獲取修訂版本號(hào)，或者確認(rèn)自編程代碼更改。

對(duì)于外部RL78閃存編程，可以針對(duì)不同的保護(hù)策略，設(shè)置三個(gè)獨(dú)立的閃存安全位：

? 擦除保護(hù)防止閃存編程器重新映像代碼和重用硬件。

? 寫入保護(hù)防止采用后門方法重新映像單個(gè)1k代碼塊。

? 引導(dǎo)集群保護(hù)防止外部芯片擦除操作進(jìn)行擦除，但也會(huì)按照用戶代碼自編程順序來(lái)控制引導(dǎo)加載程序操作的各個(gè)方面。

RL78 MCU采用了經(jīng)過(guò)UL/IEC 60730認(rèn)證的硬件模塊，因此它們能夠自我識(shí)別故障和安全關(guān)閉。此外，RL78自測(cè)庫(kù)軟件模塊也經(jīng)過(guò)了UL和IEC的認(rèn)證。客戶可在他們的應(yīng)用系統(tǒng)中快速實(shí)現(xiàn)這些UL和IEC要求。

RL78 MCU能夠在極端溫度下安全工作，工作溫度范圍為-40℃到+105℃。

生態(tài)系統(tǒng)提供豐富資源，幫助加快產(chǎn)品上市時(shí)間

瑞薩電子提供了完整的開發(fā)支持生態(tài)系統(tǒng)，旨在幫助設(shè)計(jì)人員更快速地交付系統(tǒng)，并且減少錯(cuò)誤。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)包括：

? 硬件工具，例如瑞薩電子推廣板;瑞薩電子入門套件;適用于RL78族產(chǎn)品的高性能全規(guī)格模擬器IECUBE;E1/E2和EZ-cube等片上調(diào)試器。

? 軟件工具，例如IAR Embedded Workbench，它完全支持C和C++語(yǔ)言，帶有MISRA C語(yǔ)言規(guī)則檢查工具;基于Eclipse的e2 studio IDE，為瑞薩電子MCU提供了集成開發(fā)環(huán)境;Applilet代碼生成器;以及各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

? 豐富的在線資源，例如Renesas Rulz，一個(gè)在線社區(qū)，開發(fā)人員可在其中尋求同行的支持;My Renesas，一種免費(fèi)的在線訂閱服務(wù)，用于文檔下載和提醒;Renesas Interactive，提供自訂進(jìn)度的在線培訓(xùn)課件。

圖 3. 全套工具可為快速高效的開發(fā)提供支持

RL78快速解決方案簡(jiǎn)介

快速解決方案是易于構(gòu)建的參考套件，可協(xié)助設(shè)計(jì)人員在很多最熱門的嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)上進(jìn)行基于RL78的產(chǎn)品開發(fā)。我們目前提供了20種快速解決方案，幫助客戶應(yīng)對(duì)多個(gè)目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)挑戰(zhàn)和把握機(jī)遇，例如家用電器、便攜式醫(yī)療和個(gè)人醫(yī)療保健解決方案、樓宇和工業(yè)自動(dòng)化及消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

RL78快速解決方案可以解決開發(fā)人員在試圖快速進(jìn)行新型物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式應(yīng)用的原型設(shè)計(jì)時(shí)面臨的最具挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。這些挑戰(zhàn)包括配置物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線功能，或者優(yōu)化低功耗功能以延長(zhǎng)遠(yuǎn)程設(shè)備的電池使用壽命。

RL78快速解決方案可從瑞薩電子網(wǎng)站下載，包括用戶手冊(cè)、原理圖、物料清單、源代碼和項(xiàng)目文件，涵蓋設(shè)計(jì)人員輕松快捷地完成新產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)所需的一切資源。

下面是RL78智能解決方案如何加快熱門目標(biāo)市場(chǎng)中的設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)例。

RL78快速解決方案用于設(shè)計(jì)使用便攜式電池的細(xì)顆粒物2.5監(jiān)控設(shè)備

該快速解決方案設(shè)計(jì)參考提供了背景文檔和源代碼，用于設(shè)計(jì)低成本、低功耗的便攜式設(shè)備，可以實(shí)時(shí)測(cè)量和檢測(cè)細(xì)顆粒物2.5(PM2.5)的濃度。

PM2.5顆粒物的直徑小于2.5微米，大約為人體頭發(fā)直徑的3%。PM2.5顆粒物的自然來(lái)源包括海鹽、森林火災(zāi)、花粉和霉菌。它們是自然產(chǎn)生的，因而很難控制，通常沒(méi)有受到監(jiān)管。PM2.5顆粒物的人類來(lái)源，例如燃料燃燒、工業(yè)燃燒過(guò)程和汽車排放，它們可以進(jìn)行監(jiān)管。測(cè)量和監(jiān)控PM2.5水平在很多環(huán)境中至關(guān)重要，包括工業(yè)自動(dòng)化、建筑和農(nóng)業(yè)。

該快速解決方案中的空氣質(zhì)量監(jiān)控器采用了48引腳的RL78/L12。由于這款MCU包括片上區(qū)段LCD控制器/驅(qū)動(dòng)器，因此空氣質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)能夠在易讀的LCD顯示屏上顯示。4位LCD面板由12個(gè)線路驅(qū)動(dòng)，包括8個(gè)段線路和4個(gè)共用線路。48引腳配置允許實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，僅留4個(gè)未使用的MCU引腳。

LCD顯示屏可以指示空氣質(zhì)量，同時(shí)一個(gè)多彩LED可以顯示相對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量等級(jí)。如果超過(guò)了預(yù)設(shè)的閾值，或者電池電壓降低到2.8V以下，則會(huì)激活蜂鳴器。

RL78/L12的其他重要特性包括I/O端口、用于煙霧/微粒讀數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器、蜂鳴器、LCD控制器、Stop模式，以及適用于小型家用電器的其他特性。閾值和PM2.5濃度數(shù)據(jù)可以保存在外部EEPROM中(如果數(shù)據(jù)量小于2KB，也可保存在MCU的內(nèi)部數(shù)據(jù)閃存中)。此外，DC-DC轉(zhuǎn)換器IC控制電池放電，電池充電器IC控制充電，提供很低的待機(jī)功率，以最大程度延長(zhǎng)電池充電續(xù)航時(shí)間。待機(jī)電流低至0.56μA。

圖 4. 基于快速解決方案而設(shè)計(jì)的使用RL78 L12的PM2.5監(jiān)控器的硬件原型

結(jié)論

瑞薩電子RL78族產(chǎn)品包括大量通用型MCU以供用戶選擇，可用作各種不同應(yīng)用特定設(shè)計(jì)的平臺(tái)。RL78 MCU真正實(shí)現(xiàn)了低功耗，在活動(dòng)模式下的電流消耗為66μA/MHz至144μA/MHz，待機(jī)電流為0.5μA至0.6μA，使用低速時(shí)鐘和低功耗定時(shí)器工作。它們可提供最高1.6 DMIPS/MHz的高性能，在32MHz的CPU工作頻率下性能最高可達(dá)51.2 DMIP。RL78 MCU提供了廣泛的可擴(kuò)展性，包括在代碼存儲(chǔ)器容量和引腳數(shù)方面，同時(shí)還提供了高度的片上集成，幫助降低系統(tǒng)成本。它們提供高級(jí)硬件安全功能，以及經(jīng)過(guò)UL/IEC認(rèn)證的自測(cè)試軟件庫(kù)，以便符合UL/IEC 60730標(biāo)準(zhǔn)。豐富的開發(fā)工具環(huán)境、第三方合作伙伴、在線資源可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員快速精確地滿足快速增長(zhǎng)的嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)的需求。

另一種非常重要的資源是瑞薩電子RL78快速解決方案設(shè)計(jì)，它們可以顯著加快原型開發(fā)，并且提供可下載的設(shè)計(jì)文檔庫(kù)?？焖俳鉀Q方案面向一些最熱門的嵌入式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，幫助設(shè)計(jì)人員更加快速簡(jiǎn)單地構(gòu)建緊湊的高能效系統(tǒng)。

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