从 Renesas RL78 到基于 Arm 的 MSPM0 的迁移指南
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摘要
本应用手册可协助您从 Renesas RL78 平台迁移至德州仪器 (TI) MSPM0 MCU 生态系统。本文档介绍了 MSPM0 开发和工具生态系统、内核架构、外设注意事项以及软件开发套件。目的是突出两个系列之间的差异，并利用现有的 RL78 开发环境知识快速提升 MSPM0 系列 MCU 的性能。
商标
LaunchPad™, EnergyTrace™, and BoosterPack™are TMs ofTI corporate name.
Arm® and Cortex®are reg TMs ofArm Limited (or its subsidiaries) in the US and/or elsewhere.
Other TMs
1 MSPM0 产品系列概述
1.1 引言
MSPM0 微控制器 (MCU) 产品属于 MSP 高度集成的超低功耗 32 位 MCU 系列，基于增强型 Arm® Cortex®-M0+ 32 位内核平台运行。这些成本优化型 MCU 提供高性能模拟外设集成，支持扩展的工作温度范围并提供小尺寸封装。TI MSPM0 系列低功耗 MCU 包含具有不同模拟和数字集成度的器件，使工程师能够找到满足其工程需求的 MCU。MSPM0 MCU 系列将 Arm Cortex-M0+ 平台与超低功耗系统架构相结合，使系统设计人员能够在降低能耗的同时提高性能。
MSPM0 MCU 是 Renesas RL78 的替代产品，具有很强的竞争力。本应用手册通过比较器件功能和生态系统来帮助从 RL78 MCU 迁移到 MSPM0 MCU。
1.2 Renesas RL78 MCU 与 MSPM0 MCU 的产品系列比较
| Renesas RL78 G 系列 | Renesas RL78 L 系列 | Renesas RL78 I 系列 | Renesas RL78 F 系列 | TI MSPM0 Gx 系列 | TI MSPM0 Lx 系列 | TI MSPM0 Cx 系列 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 内核 | RL78 CPU 内核 | Arm Cortex-M0+ | ||||||
| 频率 | 16/20/24/32MHz | 24MHz | 24/32MHz | 24/32/40MHz | 80MHz | 32MHz | 24MHz | |
| 电源电压 | 1.6/1.8/2/2.7-5.5V、 1.6-3.6V |
1.6-5.5V、 1.8-3.6/5.5V |
1.7/1.9/2.4/2.7-5.5V、 1.6-3.6V |
2.7-5.5V、1.8-5.5V | 1.62-3.6 V | 1.62-3.6 V | 1.62-3.6 V | |
| 温度 | -40-125°C、 -25-75°C |
-40-85°C、-40-125°C | -40-85°C、 -40-105°C、 -40-125°C |
-40-105°C、-40-125°C、-40-150°C | -40-125°C | -40-125°C | -40-125°C | |
| 存储器 | 768KB 至 1KB | 256KB 至 8KB | 512KB 至 8KB | 512KB 至 8KB | 128KB 至 32KB | 64KB 至 8KB | 16KB 至 8KB | |
| RAM | 高达 144KB | 高达 32KB | 高达 32KB | 高达 4KB | 高达 32KB | 高达 4KB | 1KB | |
| GPIO（最大值） | 130 | 79 | 76 | 130 | 60 | 28 | 18 | |
| 模拟 | ADC | 高达 12 位 x 28 通道 | 高达 12 位 x 14 通道 | 高达 12 位 x 17 通道 | 高达 12 位 x 25 通道 | 2x 4Msps 12 位 | 1 个 1Msps 12 位 ADC | 1x 1Msps 12 位 ADC（10 通道） |
| DAC | 高达 10 位 x 2 通道 | 高达 12 位 x 2 通道 | 12 位 x 1 通道 (RL/I1E) | 8 位 x 1 通道 | 12 位 | 8 位 | none | |
| 比较器 |
高达 2 通道 |
高达 2 通道 | 高达 2 通道 | 高达 1 通道 | 3x 高速 | 1x 高速 | none | |
| 通信（最大数量） | UART | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 | 2 | 1 |
| I2C | 10 | 5 | 4 | 5 | 2（快速） | 2（快速） | 1 | |
| SPI | 0 | 4 | 1 | 4 | 2 | 1 | 1 | |
| CAN | 0 | 0 | 0 | 2 | 1 (CAN-FD) | 0 | 0 | |
| LIN | 1（支持 UART） | 3（支持 UART） | 1（支持 UART） | |||||
| 其他重要外设/特性 | 内部升压 LCD USB (RL/G1A) 单通道 PGA 蓝牙 (RL/G1D) 1% 振荡器 |
内部升压 LCD USB (RL78/L1C) 3 通道放大器 |
LCD 单通道 PGA 3 通道放大器 USB VBAT，Σ-Δ AFE |
MATHACL，ASIL-B，150°C | 2 个运算放大器 CAN-FD，USB，Fast4Msps sim-Sam ADC，数学加速 |
2 个运算放大器 LCD (L2228) |
超小型 QFN 封装 (2x2)，0.5/0.65mm 间距封装，引脚与业内通用产品兼容 | |
| 计时器数量 | 1/2/4/5 | 1/2/3 | 1/2/5 | 1/2 | 4 | 7 | 4 | |
| 引脚数 | 16-128 引脚 | 32-100 引脚 | 20-100 引脚 | 20-144 引脚 | 20-100 引脚 | 16-80 引脚 | 8-48 引脚 | |
| 安全性 | CRC， RNG， AES 库， SHA 哈希函数库， RSA 库 |
CRC，AES GCM |
CRC | CRC | CRC、TRNG、AES256 | CRC | CRC | |
| 低功耗(1) | 有效：低至 37.5μA/MHz，停止：低至 0.2μA | 有效：低至 66μA/MHz，停止：低至 0.23μA | 有效：低至 96μA/MHz，停止：低至 0.23μA | （未提及） | 有效：85µA/MHz，待机：1.5µA | 有效：71µA/MHz，待机：1µA | 有效：100µA/MHz，待机：5µA | |
此处提供了 RL78 和 MSPM0 的一些性能比较。以下几节提供了详细信息。
2 生态系统和迁移
MSPM0 MCU 由广泛的硬件和软件生态系统提供支持，随附参考设计和代码示例，便于您快速开始设计。MSPM0 MCU 还具有在线资源、MSP Academy 培训支持和 TI E2E™ 支持论坛提供的在线支持。
2.1 生态系统比较
| 功能 | RL78 器件 | MSPM0 器件 | |
|---|---|---|---|
| 代码源 | 中间件 Renesas 闪存驱动程序/自编程库 驱动程序 操作系统 |
MSPM0-SDK（DriverLib、中间件、RTOS、代码示例） | |
| IDE | e² studio CS+ CC-RL IAR |
CCS IAR Keil |
|
| 软件配置 | Smart Configurator | SysConfig | |
| 闪存编程工具 |
Renesas Flash Programmer |
UniFlash | |
| 编程器 | PG-FP6 | MSP-GANG | |
| 调试器 | E2 Emulator E2 Emulator Lite EZ-CUBE |
XDS110 J-LINK |
|
| 硬件 | 快速原型开发板 目标板 入门套件 |
LP-MSPM0G3507 LaunchPad LP-MSPM0L1306 LaunchPadLP-MSPM0C1104 LaunchPad |
|
图 2-1 显示了 MSPM0 生态系统概览。
图 2-1 MSPM0 生态系统概览2.1.1 MSPM0 软件开发套件 (MSPM0 SDK)
MSPM0 SDK 随附多种代码示例可供选择，使工程师能够在德州仪器 (TI) MSPM0+ 微控制器器件上开发应用。提供了各种示例来展示如何在每个受支持的器件上使用各功能区，这些示例可用作您开发自己的工程的起点。图 2-2 展示了 MSPM0 SDK 的结构。
图 2-2 MSPM0 SDK 结构可从 MSPM0-SDK 支持软件 | 德州仪器 TI.com.cn 下载 MSPM0 SDK。MSPM0 SDK 中包含四个文件夹：
示例：示例文件夹分为 RTOS 和非 RTOS 子文件夹（目前仅支持非 RTOS）。这些文件夹包含每个 LaunchPad™ 的示例，并根据功能进行整理，例如较低层的 Driverlib 示例、较高层的 TI 驱动程序 示例以及 GUI Composer、LIN、IQMath 等中间件 的示例。
文档：包含所有相关文档，包括用户指南和 API 指南。
源： 适用于所有驱动程序和中间件的源代码和库。
工具: 帮助开发和/或测试 MSPM0 应用的工具集。
虽然 Renesas RL78 支持大中型的广泛示例代码，例如 DSP、USB 驱动程序，但是没有用于代码开发程序的软件包，且 RL78 也没有示例代码，这意味着用户需要从头开始创建新工程并设置配置（例如调试器）。相比之下，MSPM0 SDK 将所有源代码与中间件和驱动程序库集成在一起，以便于开发。示例代码可帮助客户快速入门并详细了解 MCU 外设。
图 2-3 RL78 软件开发环境| 功能 | RL78 软件 | MSPM0 SDK | |
|---|---|---|---|
| 寄存器级代码 | 否 | 否 | |
| 驱动程序库 | 是 | 是 | |
| 中间件 | 是 | 是 | |
| 自编程 | 是 | 否 | |
| 开箱即用代码 | 否 | 有 | |
| 免费 RTOS | 是 | 是 | |
大多数 MSPM0 示例都支持 SysConfig，以便简化器件配置和加快软件开发。
其他参考文档如下所示：
2.1.2 MSPM0 支持的 IDE
集成开发环境 (IDE) 是帮助程序员高效开发软件代码的软件应用程序，通常包括编辑器、编译器、调试器等。
RL78 的典型 IDE 是 e2studio。它可以下载示例代码并具有易于使用的 Eclipse 代码编辑器。对于 TI，强烈建议使用 Code Composer Studio IDE (CCS)，因为其支持 TI 的微控制器 (MCU) 和嵌入式处理器产品系列。由于 CCS 也是基于 Eclipse 的 IDE，因此用户更容易上手。尤其是 CCS 包含一系列用于开发和调试嵌入式应用程序的工具，其中包括优化的 C/C++ 编译器、源代码编辑器、工程构建环境、调试器、性能评测工具和许多其他功能。此外，CCS 的使用完全免费。
| IDE | CCS | e2studio |
|---|---|---|
| 许可 | 免费 | 免费 |
| 编译器 | TI Arm Clang/GCC | CC-RL/LLVM |
| IDE 中集成的电流消耗分析工具 | EnergyTrace | Renesas QE |
| 外设的 API 函数帮助 | 不支持 | 支持 |
| 显示语言 | 英语 | 英语 日语 中文 |
| 转换文件 | 十六进制文件 二进制文件 Motorola S-record 文件 Ti_txt 文件 |
十六进制文件 二进制文件 Motorola S-record 文件 |
| 生成代码 GUI | SysConfig | Smart Configuration |
CCS 集成了 SysConfig 的 MSPM0 器件配置和自动代码生成功能，并在集成式 TI Resource explorer 中集成了 MSPM0 代码示例和 Academy 培训。此外，CCS 提供一体式开发工具体验。
除 CCS 之外，表 2-6 中列出的业界通用 IDE 也支持 MSPM0 器件。
• CCS：https://www.ti.com.cn/tool/cn/CCSTUDIO
• IAR：https://www.iar.com/
• Keil：https://www.keil.com/
| IDE | CCS (Eclipse) | IAR | Keil | |
|---|---|---|---|---|
| 许可 | 免费 | 付费 | 付费 | |
| 编译器 | TI Arm Clang GCC | IAR C/C++ Compiler™ for Arm | Arm 编译器版本 6 | |
| 磁盘大小 | 3.44G (ccs1220) |
6.33G (Arm 8.50.4) |
2.5G (µVision V5.37.0) | |
| XDS110 | 支持 | 支持 | 支持 | |
| J-Link | 支持 | 支持 | 支持 | |
| EnergyTrace | 支持 | 否 | 否 | |
| MISRA-C | 否 | 支持 | 否 | |
| 安全性 | 否 | 支持 | 否 | |
| ULINKplus | 否 | 否 | 支持 | |
| 功能安全 | 否 | 支持 | 支持 | |
节 2.2.2.2介绍了 CCS 的使用和一些功能。其他参考资料如下所示：
2.1.3 SysConfig
与 Smart Configuration 类似，SysConfig 是一个直观而全面的图形实用程序集合，用于配置引脚、外设、无线电、子系统和其他组件。SysConfig 可帮助您直观地管理、发现和解决冲突，以便您有更多时间创建差异化应用程序。该工具的输出包括 C 头文件和代码文件，这些文件可与 MSPM0 SDK 示例配合使用，或用于配置定制软件。SysConfig 集成在 CCS 中，但也可以与 Keil 和 IAR 一起使用。可通过以下 URL 下载 SysConfig：SYSCONFIG IDE、配置、编译器或调试器 | 德州仪器 TI.com.cn。
此外，SysConfig 可以在没有 IDE 的情况下运行。独立版本可用于生成代码和评估器件功能，但不能运行示例。
图 2-4 MSPM0 SysConfig有关详细信息，请参阅 MSPM0 SysConfig 指南。
与 Smart Configuration 相比，SysConfig 具有以下优势：
- SysConfig 中的外设分类更清晰，整体界面更易于辨识，人机交互界面很出色，如图 2-5 所示。
- SysConfig 会显示硬件原理图，并提供每个外设的详细说明，以及所有 GUI 界面配置的详细功能说明。
- Smart Configuration 中断和引脚设置位于单独的模块中，比较杂乱，不方便开发。TI 的 SysConfig 可以直接在特定的外设模块中配置，从而使开发变得简单明了。图 2-6 展示了中断设置的比较情况。SysConfig 可以实现多种外设联动配置，例如 ADC 模块中的事件配置。
- 在配置外设的特定功能时，SysConfig 可以实时显示代码变化，而在 Smart Configuration 中无法立即看到。
图 2-5 外设列表比较
图 2-6 中断设置比较2.1.4 调试工具
对于 RL78，TOOL0 引脚用于通过专用的单线 UART 进行操作，以连接调试器（如 E2 Emulator 或 E2 Emulator Lite）和 RL78/F23。RL78 的典型调试器工具是 E2 Emulator，它支持测量电流消耗、监控点和设置外部触发器输入/输出。
对于 MSPM0，调试子系统 (DEBUGSS) 将串行线调试 (SWD) 两线制物理接口连接到器件内的多个调试功能。MSPM0 器件支持调试处理器执行情况、器件状态和电源状态（使用 EnergyTrace 技术）。更多有关调试器连接的详细信息，请参阅图 2-7。
图 2-7 MSPM0 调试MSPM0 支持用于标准串行线调试的 XDS110 和 J-Link 调试器。
德州仪器 (TI) XDS110 用于 TI 嵌入式处理器。XDS110 通过 TI 20 引脚连接器（提供适用于 TI 14 引脚、Arm 10 引脚和 Arm 20 引脚连接器的多个适配器）连接到目标板，通过 USB2.0 高速 (480Mbps) 连接器连接到主机 PC。XDS110 在单个单元中支持更广泛的标准（IEEE1149.1、IEEE1149.7、SWD）。所有 XDS 调试探针都支持所有具有嵌入式跟踪缓冲器 (ETB) 的 Arm 和 DSP 处理器中的内核和系统跟踪。有关详细信息，请参阅 XDS110 调试探针。
J-Link 调试探针是优化调试和闪存编程体验的最常见的选择。这得益于其创纪录的闪存加载程序、高达 3MiB/s 的 RAM 下载速度以及在 MCU 闪存中设置无限数量断点的能力。J-Link 还支持各种 CPU 和架构，包括 CortexM0+。有关详细信息，请参阅 J-Link 调试探针页面。
以下是支持 MSPM0 的 XDS110 和 J-LINK 调试器之间的不同功能汇总。
| 特性 | XDS110 | XDS110 OB (1) | J-Link | |
|---|---|---|---|---|
| cJTAG (SBW) | √ | √ | √ | |
| BSL(2) 工具 | √ | √ | ||
| 反向通道 UART | √ | √ | 2.5G (µVision V5.37.0) | |
| 电源 | 1.8 至 3.6 V | 3.3/5 V | 5V | |
| IDE (3)：CCS | √ | √ | √ | |
| IDE：第三方 (4) | IAR/Keil | IAR/Keil | IAR/Keil | |
2.1.5 LaunchPad
不同于具有入门套件、FPB 和目标板的 RL78，LaunchPad 开发套件是 MSPM0 的唯一评估模块。
LaunchPad 套件是易于使用的 EVM，其中包含在 MSPM0 上开始开发所需的一切内容。这包括一个板载调试探针，用于使用 EnergyTrace™ 技术进行编程、调试和测量功耗。MSPM0 LaunchPad 套件还具有板载按钮、LED 和温度传感器以及其他电路。40 引脚 BoosterPack™ 插件模块接头简化了快速原型设计，支持市面上的多种 BoosterPack 插件模块。您可快速添加无线连接、图形显示、环境检测等功能。
图 2-8 展示了 LaunchPad 的概览，其中包含 MCU 和 XDS110 调试器。您还可以在移除跳线后使用 J-Link 等其他调试器来调试 MCU。
图 2-8 MSPM0G3507 LaunchPad 概览跳线隔离块包含电源（GND、5V、3.3V）、UART（RXD、TXD）、复位引脚、ARM 调试通道（SWDIO、SWCLK）和 BSL。
除了跳线帽外，还可以使用位于 LaunchPad 右侧的标准 Arm Cortex 10 引脚连接器（如图 2-9 所示）进行烧写。Cortex 调试连接器支持 JTAG 调试、串行线调试和串行线查看器（使用串行线调试模式时通过 SWO 连接）运行。
图 2-9 Arm Cortex 10 引脚定义图 2-10 显示了 MSPM0G3507 LaunchPad 的一些特性功能。
该 LaunchPad 下侧的 BoosterPack 连接器用于直接插入特定功能模块并快速构建原型。除此之外，还可以单独使用 DuPont 线进行引出以便快速使用。该 LaunchPad 有一个用户定义的按钮（位于每一侧）、一个温度传感器、一个光传感器、一个单色 LED 和一个 RGB LED（位于下方）。
- LP-MSPM0G3507 LaunchPad 开发套件 LP-MSPM0G3507 评估板 | 德州仪器 TI.com.cn
- LP-MSPM0L1306 LaunchPad 开发套件 LP-MSPM0L1306 评估板 | 德州仪器 TI.com.cn
图 2-10 MSPM0G3507 LaunchPad 特性功能2.2 迁移过程
为了顺利迁移到 MSPM0，详细过程将按图 2-11 所示的流程编写。以下各节将详细介绍每个步骤，并给出示例。
图 2-11 MSPM0 迁移流程图2.2.1 步骤 1.选择合适的 MSPM0 MCU
迁移的第一步是为应用程序选择正确的 MSPM0 器件。图 2-12 所示为 MSPM0 L 和 G 产品系列，相关信息可在 TI 官方网站上找到。此外，图 2-13 展示了 MSPM0 C 产品系列。这两个产品系列都根据存储器和封装来区分器件，因此更容易进行简单的选择。
图 2-12 MSPM0L 和 MSPM0G 产品系列
图 2-13 MSPM0C 产品系列要将范围缩小至特定的器件，产品选择工具可发挥重要作用。在此链接中，您可以根据您的 MCU 外设要求，使用左侧的筛选器进行初步筛选。例如，要筛选出符合 UART 编号的 MCU，可以直接使用筛选工具进行选择，右侧将弹出符合条件的 MCU 器件，如图 2-14 所示。您可以通过左侧的搜索文本框直接转到器件页面，以获取相应器件的详细信息。
图 2-14 MSPM0 产品选择工具在器件页面上，可以轻松找到并下载数据表、技术参考手册 (TRM) 和勘误表等重要文档，如图 2-15 所示。器件专用数据表介绍了专用 MSPM0 的参数和功能数据信息。器件专用 TRM 介绍了 MSPM0 系列的应用方法和特性。器件专用勘误表介绍了 MSPM0 相关系列或版本的勘误说明。
图 2-15 MSPM0 重要文档列表该网站还列出了有关 MSPM0 的相关技术文档，其中最常见的是应用手册。
图 2-16 MSPM0 相关技术文档列表完成选择后，您可以通过“订购和质量”检查价格和其他信息，如图 2-17 所示。
图 2-17 订购和质量器件视图
