RA高性能电机控制MCU - RA8T1

基于Arm Cortex-M85处理器的RA8T1高性能MCU产品群 针对电机控制和逆变器应用进行优化

产品详解篇

瑞萨的RA家族基于Arm® Cortex®-M内核打造，自2019年10月份正式诞生，短短四年多时间已经快速发展成广泛的产品阵容，众多型号用以满足各式各样的用户需求。

其中，专门面向电机/逆变器控制应用的RA-T系列产品，完美结合了Arm生态和瑞萨先进的外设功能，得到广大客户的高度评价。本次瑞萨推出高性能的电机控制RA8T1 MCU，将瑞萨RA家族扩充到4个系列（RA2/RA4/RA6/RA8）、25个产品群、319个产品型号。

在此，我们先来简单回顾一下瑞萨RA-T电机控制MCU产品线。

瑞萨RA-T电机控制MCU路线图

● 从低端到高端的广泛电机控制MCU系列，具有最佳功能设定；

● 保持CPU和外设的可扩展性，实现独特的硬件IP；

● 支持电机控制评估套件、工具和软件。

RA4T1和RA6T3凭借其高性价比、小封装和优化的外设功能，非常适用于单电机控制的紧凑型系统，比如变频家电、电动工具和小型机器人等。

RA6T1和RA6T2具备较高性能、丰富的功能外设，适用于双电机控制系统，具备高分辨率PWM输出功能更可以拓展到数字电源等应用。特别是RA6T2搭载了强大的硬件加速器，包括一个三角函数单元（TFU）和一个无限脉冲响应滤波器（IIR），用以大幅减少在电机控制中复杂的矢量运算、电流环、速度环等处理时间，降低CPU负荷以扩展更多附加功能。RA6T2还内置了两个高速ADC单元，支持12位和16位分辨率，最高0.16微秒的高速转换。

随着电机应用的快速发展，对MCU提出了越来越高的要求。比如在高端电机应用中，除了精确的电机控制外，系统还需要兼顾其他应用程序、丰富的通信功能、高安全性以及智能化应用等等。RA8T1正是为此而生，帮助设计人员满足这些要求。

RA8T1 MCU基于Arm® Cortex®-M85内核构建，工作频率高达480MHz，提供高达2MB闪存和1MB SRAM（包括 TCM）的大内存选项、支持互补PWM输出的16位/32位定时器、12位ADC（包括3通道采样和保持）、以及用于电机控制的高速模拟比较器。连接功能包括以太网MAC、CAN FD、USB 2.0全速模块、SD/MMC主机接口和I3C。此外，Armv8.1-M架构支持Helium技术，可显著提高AI/ML计算性能，并支持Pointer AuthentiCation和Branch Target Identification（PACBTI）和TrustZone®以增强安全性。

RA8T1产品规格

产品特性：RA8T1产品的主要特性

1、极致性能

A) 搭载超高性能的Arm® Cortex®-M85内核，性能高达3068 CoreMark@480MHz。

B) 结合Helium先进技术，能够在数字信号处理器（DSP）和机器学习（ML）方面获得相比Cortex-M7内核高4倍的性能提升。

C) 在实现高效电机控制的同时，便于拓展功能安全、嵌入式人工智能等附加功能。

2、丰富的电机/逆变控制外设单元

A) 高达2MB的双区闪存和1MB SRAM（包括TCM），100至224引脚的广泛产品阵容。

B) 通用32位增强型PWM定时器，支持三相互补PWM输出、死区控制等多种功能，可轻松实现各种类型电机控制

C) 两个12位ADC单元，支持3通道同步采样保持电路。以及DAC（2通道）、高速比较器、温度传感器等。

D) 丰富连接功能，支持以太网MAC/DMA、USB全速、CAN FD、I3C/I2C、SCI、SPI和SD/MMC接口。

3、安全配置

A) 支持AES、TRNG、RSA 4K/ECC、SHA-2、用于FSBL的不可变存储、防篡改DPA/SPA侧信道保护等最新安全特性。

B) 端口输出保护单元POE，在发生异常状况下强制关断PWM输出，及时保护电机和逆变器电路。

4、轻松开发，缩短开发周期

A) 集成式电机控制评估硬件套件

B)灵活软件包（FSP）

C）提供各种电机控制示例程序

D)用于实时调试的GUI工具：Renesas Motor Workbench, QE for Motor

接下来我们来聊一聊RA8T1的优异性能和核心配置。

RA8T1是瑞萨基于Arm Cortex-M85 内核的第三个MCU产品组，精确定位于电机控制应用。Cortex-M85是Arm推出的迄今为止性能最强的Cortex-M处理器，借助其6.39 CoreMark/MHz 的超高处理能力，RA8T1达到了3068 CoreMark@480MHz的业界领先性能。同时搭载了Armv8.1-M架构支持的Helium技术，与现有的Cortex-M7产品相比，Armv8.1-M架构支持的Helium技术可以将数字信号处理器（DSP）或机器学习（ML）性能提高4倍，与同样支持Helium的处理器Cortex-M55相比，它还带来了约20%的矢量处理性能提升。

Arm Cortex-M85 - 高性能M-Class内核

这里可能有很多小伙伴对于Helium技术还比较陌生。Helium是在Arm 8.1M架构中引入的面向DSP和机器学习ML应用的M型矢量扩展（MVE）技术。2019年首次在Cortex-M55内核上推出，类似于Arm A系列处理器上的“Neon”。它的出现，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、AR/VR应用、传感器集中器、图像处理和汽车等各种应用中的计算需求。

凭借其极致的性能，RA8T1实现了对电机系统的更精确控制，可满足工业、楼宇自动化，以及智能家居等应用中常见的电机、电源和其它产品的实时控制要求，并将有助于用户打造高效率系统。

除了高性能内核外，RA8T1还具有丰富的集成功能，它还能够为用户应用带来附加价值，如AI/ML功能、网络连接、功能安全等。

产品选型

RA8T1产品群共八种器件，支持100引脚LQFP、144引脚LQFP、176引脚LQFP和224引脚BGA四种封装，以及1MB和2MB两类闪存大小。

虽然所有器件均支持-40至125摄氏度的结温范围，但请注意，不同封装类型的最大运行频率是不同的。追求极致性能的小伙伴，请选择224 BGA封装哦！

RA8T1产品选型

我们相信，RA8T1独特的特性非常适合许多对于功能和性能有极致要求的客户。

历经两年潜心研发，德普微电子正式发布三大系列MCU——DPM32M08X 旗舰系列、DPM32M05X 主流系列、DPM32M03X 超值系列，致力打造电机控制芯片可靠性新标杆。

产品搭载Arm® Cortex®-M0内核+自研DSP架构，FOC+SVPWM运算仅需1us，主频高达96MHz，内置128KB Flash，通过10KV HBM ESD接触放电测试，可定制封装，广泛应用于电动出行、智能家电、电动工具等需要电机驱动的场景。

产品 RoadMap

• 产品优势M0+电机DSP双核，计算FOC+SVPWM只要1us

• 10KV ESD HBM接触放电，打造可靠性新标杆

• 可选2个完全独立的3M采样率ADC

• 集成4路可编程运算放大器，4个模拟比较器，芯片外围极致精简

• 多款集成预驱和LDO型号可选，BOM成本大幅减少

• 自有封测工厂，年产能百亿颗保障品质
  

应用范围

• 电动自行车、三轮车、平衡车、滑板车

• 空调风机、压缩机，冰箱、洗衣机

• 工业风机、水泵、角磨机

• 电动工具、园林工具

• 筋膜枪、按摩椅

• 落地扇、吊扇、PC/服务器散热风扇

• 高速吹风筒、吸尘器、扫地机器人

• 工业变频器、伺服电机

• BMS
  

技术支持

• 电机驱动 Demo 板与参考设计

• 丰富的电机算法库

• 电机调试上位

机基于自研的上位机电机调试软件，方便用户搭建测试环境，调整参数以适配不同电机，便捷完成方案开发和测试工作。

上海东软载波微电子有限公司一直深耕于白色家电和工业控制等行业，致力于提供高可靠性、高性价比的系列MCU产品，现面向白色家电和工业控制推出电机控制系列MCU及电机算法解决方案。

在绿色节能趋势下，变频白色家电（空调，洗衣机和冰箱）占比逐年上升。无刷直流电机控制MCU作为变频技术的核心部件，不仅需要高可靠性和高性价比，还需要高精度、高效率的功率因数调整（PFC）解决方案，达到整机高效节能的效果。

针对白色家电及工业电机控制应用场景，我司发布ES32M0502系列MCU产品，采用全新SoC架构及软硬件协同优化设计，支持Cortex-M0在96MHz主频运行，配合软件算法硬件加速器，可以达到国外Cortex-M3电机控制MCU同等效果，同时支持5V工作电压、2路高速ADC、4路运放和2路比较器等资源，便于实现单、双电机高速控制。

我司提供电机控制算法库和例程，协助客户完成产品开发快速推向市场。

资源对比

11月16日，由电子发烧友网主办的《2023电机控制先进技术研讨会》在深圳盛大召开，本次会议汇聚了行业内众多知名的电机控制专家和工程师，共同就电机控制领域的最新技术和未来发展趋势进行探讨和分享。

爱普特公司的电机算法部经理郑工于本次研讨会上发表了题为《电机“RISC-V 芯“应用 实现资源成本更优化》的演讲。其介绍随着永磁同步电机驱动技术的日益成熟和普及，爱普特如何为市场和客户提供性能、资源和成本更优解的电机主控方案及产品。并结合热门的电机应用方案，向与会专家、工程师们介绍了爱普特基于自主知识产权自研、已量产上市的RISC-V架构的APT32F173、APT32F171、APT32F102等面向电机应用的系列产品。

其中，APT32F173系列是爱普特采用RISC-V内核打造的一款针对（双）电机控制领域的王牌MCU产品。APT32F173系列产品具有8K ICACHE，提供单精度浮点和DSP运算能力，主频最高可达105MHz，跑分3.5CoreMark/MHz。此外，APT32F173还配置了丰富的模拟和定时器资源，支持1.8-5.5V宽电压工作范围，能够在-40~105℃的温度范围内正常运行，完全满足严苛的工业领域需求。

据Grand View Research统计，全球电机市场预计到2028年将会达到2325亿美元的规模。作为国内领先的RISC-V MCU专精特新小巨人企业，爱普特将会继续基于自身技术优势、供应链优势、知识产权优势等，继续加大电机算法及产品的投入和研发，为市场提供更优质的全国产电机MCU，为国产芯片在全球电机市场的高速、高质量发展而努力。

2023年10月30—11月1日，珠海极海半导体有限公司（以下简称“极海半导体”）携多款芯片产品亮相慕尼黑华南电子展，其中高性能APM32F035电机控制专用MCU为整机企业提供了高品质的电机MCU及方案选择。展会期间，珠海半导体开发工程师王衍绪接受了《半导体器件应用网》采访。

极海推出高性能电机控制专用MCU

助力客户产品快速投入市场

极海于2022年4月成立汽车电子芯片事业部，在国内汽车行业大环境推动与自身技术蓄力极海半导体是一家专注于工业控制、汽车电子、新能源等领域的集成电路芯片设计公司，并推出了多款基于Arm®  Cortex® -MO+/M3/M4F内核的32位工业级/车规级MCU，产品工作温度范围-40℃至125℃，已成功应用于变频器、编码器、电机驱动器、伺服控制器、逆变器、汽车车灯、充电桩、BMS电池管理等行业场景。

在本次展会中，针对电机市场，极海带来高性能、高性价比的APM32F035电机控制专用MCU ，其内置多种专用数学运算加速器，集成高速ADC、运放、比较器及CAN控制器等外设资源，能够极大地节省硬件开发成本、提高系统的性能和稳定性。

极海半导体紧跟行业发展趋势，实时关注客户面临的难题，在保证产品高可靠性的同时，助力客户产品快速导入市场。极海半导体开发工程师王衍绪表示：“针对电机市场，极海不仅建有完善的电机生态平台，还拥有行业资深的软硬件工程师以及算法工程师；硬件配套层面可提供高低压通用电机开发套件及细分领域专用PCB方案，软件配套层面则可根据客户实际应用方案需求，提供定制化算法及控制策略，助力客户简化产品开发流程，降低开发难度，实现产品更快更高效地投入市场。”

为电机应用注入全面开发服务

极海推出多款量产级应用方案

近年来，在新兴产业技术与市场快速更迭的推动下，全球范围内电机被广泛应用的同时，也呈现出智能化、高效能发展态势。极海始终秉持“领先的系统及生态服务能力，持续助力客户快速量产”的理念，致力于满足市场多元化应用开发需求。

王衍绪谈到：“除了全新推出的APM32F035外，极海依据不同电机细分应用市场，推出了风机、水泵、两轮车、高速吹风筒等一系列极具代表性的量产级应用方案。其中极海APM32F035实验室高速离心机应用，摒弃了传统方波控制方式，提供全新高性能矢量控制解决方案，支持启动无反转，能快速制动；同时精准控制反充电压，在超高转速运行时保持低噪声，比起市面上现有的产品拥有更优静音效果和加减速性能。”

持续扩大产品阵容

即将推出电机驱动新品

极海半导体始终致力于深耕中高端应用市场，并持续扩大产品阵容。王衍绪表示：“针对电机市场日益发展的应用需求，我们还将推出GHD3440电机专用栅极驱动器,以及集成预驱的APMSPIN32F020电机控制专用MCU ，这些新品将为客户提供更为丰富的电机产品选择。未来，我们也将持续为客户提供高性价比、高可靠性的芯片以及优质技术服务！”