原创 “芯” 高度 • “芯”赋能——瑞萨电子RA8高算力MCU产品介绍

RA8的关键价值

瑞萨电子处于MCU行业领先地位，随着RA8系列MCU推出，成为业内第一家基于CM85内核的MCU供应商。CM85内核基于Arm v8.1m架构，比Cortex-M7内核更高性能、更好能效，为RA系列带来了高性能产品。

RA8继续保持RA系列的开发环境，包括软件、工具、套件及广泛的参考方案设计。RA8提供FSP软件和一整套工具、EK和解决方案等，方便客户开发，减少开发时间。

RA8将CM85内核与嵌入式闪存和SRAM以及丰富的外设集成在一起，为我们的客户降低成本和设计复杂性。

安全性是RA系列的关键价值主张之一，每一款新产品，我们都会增强我们的安全产品。在RA8上，我们支持具有领先安全算法的最新瑞萨安全IP、第一阶段引导加载程序的不可变存储、具有动态解密功能的OSPI、DPA/SPA侧信道攻击保护、安全调试和完整的安全解决方案。此外，Arm v8.1m架构将TrustZone带到了这个高性能内核，这是CM7内核所不具备的。

RA8系列工作电压低至1.68V，以及多种低功耗模式，供客户选择，减低功耗。

RA8的关键资源和目标应用

RA8作为通用MCU，适用于工业自动化新能源、智能家居及智慧建筑、消费及物联网，办公自动化和医疗及健康等多个细分市场的各种高性能应用，包括AI/ML方面的要求。

被设计到的产品是多种多样的。有智能电表、指纹扫描仪、恒温器、工业应用、条形码扫描仪等。

RA8 MCU在设计时充分考虑了这些应用的不同需求。RA8拥有4个关键优势：内核的高算力，Helium能力，大内存容量，加上多种外接选项、丰富HMI功能，外部总线支持等，确保RA8能够满足这些不同市场的需求。

Arm Cortex-M85核

M85是Arm Cortex-M系列中最新的处理器。新的Arm CM-85内核采用Arm v8.1m框架，是业界性能最高的Cortex-M内核，并引入了Helium，可显著加速数字信号处理（DSP）和机器学习（ML）功能，与Cortex-M7内核相比，ML任务速度提高了4倍。

Helium是指令集的单指令多数据（SIMD）扩展，可以通过处理每条指令的多个数据元素来提升性能。这类似于Arm A系列处理器内核上的Neon，但针对资源受限和低功耗微控制器进行了更优化。

Helium将智能处理引入边缘，实现本地处理（减少云流量并降低成本）并降低整体系统功耗，使小型、低功耗嵌入式系统能够满足音频处理、无人机导航和控制、传感器集线器和图像处理等各种应用中的计算需求。

Arm v8.1m架构还增强了安全性，TrustZone可将系统高效划分为安全区域和非安全区域，并具有指针身份验证和分支目标识别（PACBTI）功能，可缓解面向返回/跳转的编程攻击。

Helium在RA8的应用

这里介绍2个RA8的AI应用。

人形检测AI演示

集成Helium硬件加速单元，与Cortex-M7内核相比，性能提升3.6倍。

电机不平衡负载检测AI演示

以RA8为核心，利用瑞萨的AI开发工具实现电机控制+电机故障检测。

内置Helium硬件加速单元，结合CMSIS-NN和Tensorflow Lite for Microcontrollers实现基于AI的不平衡负载检测。实现无需外部传感器和额外电路，不增加硬件成本。

RA8的低功耗架构

RA8在开发时非常重视产品的功耗特性，不断提升功耗特性，降低功耗。RA8系列集成了新的低功耗特性和多种低功耗模式，以提高电源效率，同时提供行业领先的性能。低功耗模式、内置DC-DC、独立电源域、较低电压范围、快速唤醒时间以及不同功耗模式相结合，可降低整体系统功耗，并使客户能够满足对功耗的要求。新的Arm Cortex-M85内核也降低了DSP/ML任务的功耗。

RA8的产品组合

RA8系列已有3个产品组量产上市。

RA8M1产品群

主流系列，提供480Mhz的高算力，多个丰富外设包括以太网、CANFD、高速USB、16/32bit外部总线、多个封装、高度安全性，以及低功耗，满足各类应用。

RA8D1产品群

图形显示系列，提供16bit摄像头输入，MIPI/RGB输出，2D加速，同时提供外部总线扩展SDRAM，提升输出的质量，满足对高要求图形和视觉方面的应用。

RA8T1产品群

电机控制，提供25ch 12bit ADC，带采样保持功能，丰富timer支持互补PWM输出，以及外部总线可以接FPGA，满足先进的电机控制需求。

RA8解决方案与应用

下面为大家介绍几项RA8产品应用方案。

RA8D1 HMI解决方案

瑞萨电子拥有功能齐全的图形/HMI解决方案，包括硬件和软件组件，以及丰富的生态系统合作伙伴网络。RA8D1 MCU具有专门HMI功能，可实现丰富的图形应用以及视觉AI。其中包括具有并行RGB和MIPI-DSI接口的图形LCD控制器，非常适合高分辨率图形应用。RA8D1 MCU还包括一个2D绘图引擎，可减轻CPU的负载和一个16位摄像头接口。外部存储器的多个存储器接口，包括32位SDRAM接口和八通道SPI，可用于帧缓冲器和图形资产的存储。

RA8D1评估套件为客户提供了一个开发平台，并具有LCD显示屏和摄像头模块。

灵活的软件包集成了功能齐全的emWin，GUIX，QT GUI及LVGL图形工具，支持图像处理、2D加速、旋转/缩放、alpha混合等。它还包括一个Helium加速JPEG解码器，以及所有图形外设的HAL驱动程序。

瑞萨电子拥有丰富的图形合作伙伴网络，他们正致力于将其解决方案移植到RA8D1上。

RA8M1应用示例：指纹扫描仪

指纹扫描仪是RA8M1其中一个有代表性的用例。该示例充分利用了RA8M1 MCU的以下资源：

· 高性能、大内存、高级安全性以及CEU和USB等外围设备。

· 根据传感器的类型，可通过CEU相机接口或SPI接口进行图像采集。

· 图像数据使用Cortex-M85内核进行处理。

· 从中提取的识别详细信息使用片上的高级加密引擎进行加密，并发送到服务器进行身份验证。

· Helium可用于加速AI神经网络。

RA8D1应用示例：人形检测视觉AI

这是人员检测视觉AI应用。该示例充分利用了RA8D1 MCU的以下资源：

· CM85内核实现了RA8D1的高性能，有助于图像格式转换和神经网络的处理

· Helium用于加速运行在核心上的人员检测神经网络

· 用于视频/图像采集的相机接口

· 用于将图像渲染到显示器的2D引擎

· 大内存，包括内部和外部。更宽的SDRAM接口为用于存储帧缓冲器的外部SDRAM提供高吞吐量接口。

通过此应用程序，我们能够演示RA8D1在处理计算密集型神经网络方面的性能，以及使用Helium提高推理速度。

RA8T1应用示例：三相逆变器控制示例

这是一个三相逆变器控制示例，该示例充分利用了RA8T1 MCU的以下资源：

· Cortex-M85高性能内核负责处理系统控制和各项参数的计算

· GPT定时器输出用于逆变器控制的PWM信号

· 具有3ch采样和保持功能的AD转换器可监测电机相电流，另一个AD转换器单元可用于监测温度等

· 比较器检测异常电流，并通过POE关闭PWM输出以确保安全

· RA8T1的丰富连接功能确保可与其他器件通信

总结

随着新的RA8系列的推出，将RA系列扩展到高性能领域，适用于希望获得高算力的MCU的客户。RA8专为满足高算力市场的需求而开发，具有强大的Cortex-M85内核、大内存和经过优化的功能，可满足这些高算力应用的需求。