RZ/Five Group 32 & 64 - bit MPUs：功能全面的硬件解决方案

在电子产品设计领域，寻找一款性能卓越、功能丰富且稳定可靠的微处理器（MPU）至关重要。RZ/Five Group中的RZ 32 & 64 - bit MPUs，特别是RZ/G系列产品，凭借其出色的特性和广泛的应用潜力，成为众多电子工程师的理想之选。本文将详细介绍这款MPU的功能特性、电气参数以及使用时的注意事项，为电子工程师在硬件设计中提供参考。

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一、概述

1.1 规格要点

1.1.1 CPU核心

RZ/Five采用了AndesCore™ AX45MP单核心，最高运行频率可达1.0 GHz，具备强大的计算能力。其L2缓存为256 KBytes（带ECC），L1 I - cache和D - cache分别为32 KBytes（奇偶校验和ECC），ILM和DLM共128 KBytes（ECC），并支持浮点扩展和DSP/SIMD ISA，采用AndeStar™ V5指令集架构。此外，它提供6种启动模式，涵盖从eSD、eMMC、串行闪存等不同存储设备启动，还支持JTAG接口和最多8个触发点的嵌入式调试模块。这种丰富的启动选择和强大的调试功能，为工程师们在不同应用场景下的开发提供了便利。

1.1.2 CPU外设

• 时钟脉冲发生器（CPG）：从24 MHz的外部时钟（EXCLK）生成各种时钟信号，其中AX45MP单核心时钟最高可达1.0 GHz，DDR时钟最高支持DDR3L - 1333的666 MHz和DDR4 - 1600的800 MHz，还支持SSC（扩频时钟）技术，有助于降低电磁干扰。
• 直接内存访问控制器（DMAC）：有2个模块，每个模块16通道，支持多种传输请求方式，可指定特定的DMA传输间隔，支持LINK模式和自动重新加载传输信息，大大提高了数据传输效率。
• 平台级中断控制器（PLIC）：拥有255个优先级级别，支持软件可编程中断生成，可对外部中断引脚和片上外设中断进行优先级设置，确保系统能及时处理各种中断事件。
• 通用I/O（GPIO）：提供通用的输入输出端口，方便与外部设备进行交互。
• 热传感器单元（TSU）：具备1个通道，可实时监测芯片的温度，为系统的稳定性提供保障。

1.1.3 内部内存

内部拥有128 KBytes（带ECC）的系统RAM，确保数据存储的安全性和可靠性。

1.1.4 外部内存接口

• DDR内存接口：支持DDR3L - 1333 / DDR4 - 1600，总线宽度16位，支持在线ECC和自动刷新，最大内存容量可达4 Gbytes，为系统提供了大容量的外部存储支持。
• SPI多I/O总线控制器：1个通道，4位双数据速率，可连接多个I/O总线大小的串行闪存，具备外部地址空间读取模式和内置读取缓存，最高时钟频率在Quad - SPI DDR模式下为50 MHz，Quad - SPI SDR模式下为66 MHz。
• SD卡主机接口/多媒体卡接口（SD/MMC）：2个通道，支持多种SD和MMC卡的访问模式和传输速率，如SD 3.0、eMMC 4.51等，同时具备错误检查和卡检测功能。

1.1.5 声音接口

具备4个通道的双向串行传输能力，支持I2S / 单声道 / TDM音频格式，支持主从功能，可生成可编程的字时钟和位时钟，支持多种数据格式和32级FIFO传输，还支持LR - 时钟继续功能，为音频应用提供了丰富的选择。

1.1.6 存储和网络

• USB2.0主机/功能接口：2个通道，其中一个支持主机 - 功能模式，另一个仅支持主机模式，符合USB2.0标准，支持OTG功能和电池充电功能，内部配备专用DMA。
• 千兆以太网接口（GbE）：根据封装不同，361 - pin BGA支持2个通道，266 - pin BGA支持1个通道，支持1000 Mbps、100 Mbps和10 Mbps的传输速率，具备帧过滤功能，支持多种接口标准。
• 控制器区域网络接口（CAN）：2个通道，符合ISO 11898 - 1（2003）和CAN - FD ISO 11898 - 1（CD2014）标准，每个通道有16个发送消息缓冲区，最多64×2通道接收消息缓冲区。

1.1.7 定时器

• 多功能定时器脉冲单元3（MTU3a）：拥有9个通道（16位×8通道，32位×1通道），模块时钟频率为100 MHz，具备多种计数时钟选择、输入捕获、输出比较等功能，支持多种脉冲输出模式和同步操作，可实现复杂的定时控制任务。
• 端口输出使能3（POE3）：用于控制MTU3a波形输出引脚的高阻抗状态，可通过多种方式激活。
• 看门狗定时器（WDT）：1个通道，计数器溢出或CPU奇偶校验错误可重置LSI，提高系统的可靠性。
• 通用定时器（GTM）：3个32位通道，支持间隔定时器模式和自由运行比较模式。

1.1.8 外设模块

• I2C总线接口：4个通道，支持主从模式，支持7位和10位从地址格式，具备超时检测和多主操作功能。
• 带FIFO的串行通信接口（SCIFA）：5个通道，支持全双工通信，可选择时钟同步或异步模式，具备独立的波特率发生器和调制解调器控制功能。
• 串行通信接口（SCI）：2个通道，支持多种通信模式，可进行IrDA通信波形的编码和解码。
• 瑞萨串行外设接口（RSPI）：3个通道，支持SPI操作，主从模式可选，可编程位长度、时钟极性和相位。

1.1.9 安全

• 可信安全IP（TSIP）：可选功能，支持常见的安全算法，如AES、RSA、ECC等，具备真随机数生成器（TRNG）和哈希值生成功能，支持唯一ID。
• 一次性可编程内存（OTP）：非易失性内存，只能写入一次，可用于安全设置和认证。

1.1.10 模拟

A/D转换器有2个通道，转换时间为1 μs，分辨率为12位，支持多种触发模式，输入范围为0 V ~ 1.8 V。

1.1.11 其他

支持基于IEEE 1149.1的边界扫描，部分模块引脚可能不支持。

1.1.12 电源电压

产品支持多种电源电压范围，如VDD、PLLn_DVDD11为1.05 to 1.15 V，DDR_VDDQ根据DDR类型不同有不同范围等，工程师在设计时需根据具体应用选择合适的电源。

1.1.13 温度范围

工作温度范围为Ta: −40°C to +85°C，结温范围为Tj: −40°C to +125°C，若需要更宽的温度范围，需进行使用案例调查。

1.1.14 质量等级

适用于工业等多种应用场景。

1.1.15 封装

提供361 - pin LFBGA（13 - mm方形，0.5 - mm间距）和266 - pin LFBGA（11 - mm方形，0.5 - mm间距）两种封装形式，满足不同的设计需求。

1.2 内部总线结构

LSI内部总线由ACPU总线、MCPU总线和系统总线组成。ACPU总线连接AX45MP、DDR内存控制器、图像处理单元以及存储和网络模块；MCPU总线连接串行接口单元；系统总线连接各单元的控制寄存器，这种结构设计有助于提高数据传输效率和系统的整体性能。

1.3 产品阵容

产品提供不同的封装和型号选择，部分型号支持安全功能，如安全调试、硬件密钥保护、真随机数生成器、可信安全IP和安全启动等，工程师可根据项目需求进行选择。

二、引脚信息

引脚分配和外部引脚及复用功能引脚的详细信息可参考附带的Excel文件，在硬件设计时，准确了解引脚功能对于正确连接外部设备和实现系统功能至关重要。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

明确了各种电源电压、输入电压、工作温度、存储温度等的绝对最大额定值，如电源电压范围、输入电压与电源电压的关系等，使用时必须确保各项参数在额定值范围内，以避免损坏芯片。

3.2 电源

规定了不同电源的电压范围，如PVDD为2.97 - 3.63 V，VDD18等为1.62 - 1.98 V等，不同功能模块对电源的要求不同，设计电源电路时需严格遵循这些参数。

3.3 电源开启/关闭顺序

详细说明了电源开启和关闭的顺序，如先开启1.1 V电源，再开启DDR IO电源等，同时规定了各电源之间的时间间隔和时钟稳定性要求，电源顺序错误可能导致芯片无法正常工作或损坏。

3.4 DC特性

提供了不同电压等级（3.3 - V I/O、1.8 - V I/O等）和不同接口（如RGMII/MII、USB 2.0、ADC等）的直流特性参数，包括输入输出电压、滞回阈值、输出逻辑电压、输入泄漏电流等，这些参数对于确定电路的静态工作点和信号传输的可靠性非常重要。

3.5 AC特性

3.5.1 时钟时序

规定了各种时钟输入的频率、周期、高低电平脉冲宽度、上升下降时间等时序参数，如EXCLK时钟输入频率为24 ± 50 ppm（使用RGMII接口时），在设计时钟电路时，必须确保时钟信号符合这些时序要求。

3.5.2 - 3.5.18 不同接口的访问时序

详细介绍了SDHI、eMMC、USB 2.0、以太网、JTAG、SPI等各种接口的访问时序参数，包括时钟周期、数据建立和保持时间、输出延迟等，了解这些时序参数对于设计接口电路和确保数据准确传输至关重要。例如，在设计SD卡接口时，需要根据SDHI访问时序来设置时钟信号和数据传输的时间间隔。

四、封装尺寸

提供了两种封装（361 - pin LFBGA和266 - pin LFBGA）的详细尺寸信息，包括各参考符号对应的尺寸范围，在进行PCB布局设计时，需要根据封装尺寸来合理安排芯片的位置和周围电路的布局。

五、使用注意事项

静电放电防护

CMOS设备容易受到静电破坏，因此要尽量减少静电产生，及时消散静电。例如，使用加湿器保持环境湿度，将半导体器件存储和运输在防静电容器中，操作人员佩戴接地腕带等。

上电处理

上电时产品状态未定义，在复位信号处理完成或电源达到指定复位水平之前，引脚状态无法保证，因此在设计电路时需要考虑合适的复位电路和时序。

掉电状态信号输入

掉电时不要输入信号或I/O上拉电源，否则可能导致芯片 malfunction和内部元件损坏，设计时要遵循产品文档中的相关指导。

未使用引脚处理

未使用的CMOS输入引脚通常处于高阻态，若不恰当处理可能会引入电磁噪声和内部直通电流，导致误操作，因此要按照手册中的指导处理未使用引脚。

时钟信号

复位后要确保时钟信号稳定后再释放复位线，切换时钟信号时要等待目标时钟信号稳定，避免因时钟不稳定导致系统故障。

输入引脚电压波形

输入信号的波形失真可能导致芯片 malfunction，要注意防止噪声和反射波影响输入信号，特别是当输入电平处于Vil（Max.）和VIH（Min.）之间时，要避免出现振铃噪声。

禁止访问保留地址

保留地址用于未来功能扩展，访问这些地址不能保证LSI的正确运行，因此要严格禁止访问。

产品差异

更换不同型号的产品时，要确认产品在内部内存容量、布局模式等方面的差异，这些差异可能会影响电气特性和系统性能，更换后要进行系统评估测试。

RZ/Five Group的RZ 32 & 64 - bit MPUs为电子工程师提供了一个功能强大、性能稳定的硬件解决方案。通过深入了解其功能特性、电气参数和使用注意事项，工程师们可以在设计中充分发挥其优势，开发出高质量、可靠的电子产品。在实际应用中，大家不妨思考如何根据具体的项目需求，合理选择和配置芯片的各项功能，以达到最佳的设计效果。