Renesas RAファミリ

Renesas RAファミリは、ルネサスエレクトロニクスが開発する32ビットマイクロコントローラーのファミリ名である。RAの名称の由来は「Renesas Advanced」の頭文字からきている。

概要 
Arm Cortex-Mコアを採用したCPUと、ルネサスがSHファミリやRXファミリなどのオリジナルコアマイコンなどの長年の経験とノウハウが詰まった周辺機能を備えている。2019年10月に発表された。RA2シリーズ（最大60MHz）、RA4シリーズ（最大100MHz）、RA6シリーズ（最大240MHz）、そして最上位のRA8シリーズという、全4シリーズがラインアップされている。

RAファミリの特長はルネサスの独自の周辺機能とArmアーキテクチャの融合であり、特にセキュリティに関しては自社で開発した暗号エンジンであるSecure Crypt Engine (SCE) とArmの「TrustZone for Arm v8-M」を融合し、PSAに準拠した「Trusted Firmware-M (TF-M) API」に対応することによってIoT機器のセキュリティ開発を安全かつ迅速に行えるとしている。

もう一つの特長として、オペレーティングシステムとしてFreeRTOSおよびAzure RTOSを採用したFlexible Software Package (FSP)を提供している。このFSPはほぼソースコードで提供されており（一部オブジェクト部分あり）、無償で利用可能であり、また様々なユースケースを想定し、ユーザーの過去からのソフトウェア資産やエコシステムソフトウェアとの併用などのフレキシブルな活用が可能である。よってデフォルトで採用されているFreeRTOSやAzure RTOSにこだわらずベアメタルでの開発はもちろん、μITRONなど他の様々な商用オペレーティングシステムを活用することも可能としている。

歴史

マイクロコントローラー 
 2019年10月　Renesas RAファミリ発表。初期ラインナップとして5グループ（RA2A1, RA4M1, RA6M1, RA6M2, RA6M3)がリリースされる。
 2020年
5月　ワイヤレス対応製品を拡充。Bluetooth Low Energy 5.0に対応するRA4W1をリリース。
 10月
最高200MHz動作のCortex-M33コア、TrustZone搭載のRA6M4をリリース。
AIによる予知保全システムの実現にも対応するモータ制御用マイコンRA6T1をリリース。
12月
新たなタッチセンシング用IPを搭載するCortex-M23コアのRA2L1をリリース。
RA4シリーズで初めてCortex-M33コア、TrustZone搭載のRA4M3をリリース。
2021年
1月　超小型WLCSPパッケージをラインナップに揃える低コスト帯向けエントリー製品RA2E1リリース。
2月　100MHz動作のCortex-M33を搭載したRA4M2をリリースし、RA4シリーズを拡充。
3月　最大2MBのデュアルバンクFlash、CAN-FDやUSB-HSをサポートするRA6M5をリリース。
9月　Cortex-M33コアを搭載した製品としては初のエントリーライン製品、RA4E1とRA6E1をリリース。
10月　ファミリ最軽量マイコンとして、小ピン/小型/低消費電力のRA2E2をリリース。
12月　モータ制御用マイコン「RA6T2」グループをリリースし、RA6シリーズを拡充。

 2023年
 3月　RA4/RA6シリーズのエントリーライン新製品、RA4E2とRA6E2をリリース。
 5月　RA4/RA6シリーズのモータ制御用マイコンの新製品、RA4T1とRA6T3をリリース。
 10月　業界初Arm Cortex-M85コアを搭載したRA8シリーズの第一弾となる「RA8M1」グループをリリース。
 12月　RA2シリーズのエントリーライン新製品、RA2E3をリリース
 12月　RA8シリーズのグラフィックス対応新製品、RA8D1をリリース

ソフトウェア 
 2019年10月　マイコンの初期ラインナップの評価用にFSPv0.8.0をリリース
 2020年
3月　FSPv1.0.0をリリースし初期ラインナップの全機能に一通り対応
 5月　RA4W1のBSPやBluetoothプロトコルスタックを備えるFSPv1.1.0をリリース
 7月　FSPv1.2.0をリリースし、Segger emWinやCMSISのアップデートを実施
 8月　FSPv1.3.0をリリースし、仮想EEPROMなどの仕様拡張を実施
 10月
TrustZone対応等メジャーアップデートを実施。RA6M4のBSPを含むFSPv2.0.0をリリース
RA6T1に対応し、モーター制御ドライバやUSBコンポジットに対応したFSPv2.1.0をリリース
12月　RA2L1とRA4M3の新製品に対応するFSPv2.2.0をリリース
2021年
1月　RA2E1及びRA4M2に対応するFSPｖ2.3.0をリリース
3月　RA6M5のリリースに併せてFSPv2.4.0をリリース
4月　FSPv3.0.0により、従来のFreeRTOSに加えて、Microsoft Azure RTOSに対応
6月　FSPv3.1.0をリリース
8月　FSPv3.2.0をリリース
9月　FSPv3.3.0をリリース
10月　FSPv3.4.0をリリース
12月　FSPv3.5.0をリリース
2022年
2月　FSPv3.6.0をリリース
4月　FSPv3.7.0をリリース
6月　FSPv3.8.0をリリース
8月　FSPv4.00をリリース
10月　FSPv4.1.0をリリース
12月　FSPv4.2.0をリリース
2023年
2月　FSPv4.3.0をリリース
4月　FSPv4.4.0をリリース
6月　FSPv4.5.0をリリース
8月　FSPv4.6.0をリリース
10月　FSPv5.0.0をリリース
11月　FSPv5.0.1をリリース
12月　FSPv5.1.0をリリース

CPUコア 
RA4シリーズとRA6シリーズではArm v7-MアーキテクチャのArm Cortex-M4コアおよびARMv8-MアーキテクチャのArm Cortex-M33コアを採用、比較的ローエンドのシリーズであるRA2シリーズにはARMv8-MアーキテクチャのArm Cortex-M23コアを採用している。

2023年10月には、RA8シリーズとして業界で初めてArm Cortex-M85を採用したマイクロコントローラがリリースされた。

マイコンラインアップ

RA8シリーズ 
RA8シリーズはRAファミリの中でも最上位に位置付けられているシリーズである。ArmのCortex-M85コアを業界で最初に採用したμコントローラで、動作周波数は最大で480MHz。MプロファイルベクタエンジンであるHeliumを搭載することで、従来のCortex-M7よりも大幅に性能向上することがうたわれている。これにより従来MPUが必要だった性能要求の厳しいアプリケーションにおいてもマイコンを使用することが可能になり、低い消費電力やコスト、短い起動時間などのマイコンの利点を享受することができる。

RA6シリーズ 
RA6シリーズは高い処理性能と大容量メモリを搭載したシリーズである。CAN、USB、QSPIやイーサネットなどの多彩なコネクティビティに対応しており、TFTグラフィックLCDへの対応や、モーター制御用のPWMを出力するタイマやアナログ回路も豊富にサポートするなど多彩な機能が充実している。共通鍵暗号であるAESだけではなく、公開鍵暗号のRSAやECCに加えて、ハッシュ演算の処理を実行できる専用ハードウェア（Secure Crypt Engine）を搭載している為、IoTデバイスに要求されるセキュアコミュニケーションを容易に実現できる。

RA4シリーズ 
RA4シリーズは最適化された処理性能と消費電力のバランスが特長である。電力消費を抑えつつ、性能やコネクティビティが必要なアプリケーションに最適である。USBやCANといったコネクティビティも充実しており、またその低消費電力を活かして、Bluetooth Low Energy 5.0に対応した製品もそろえる。高分解能A/Dコンバータ、セグメントLCDコントローラ、静電容量タッチセンシングなど、家電製品やヘルスケア製品に必要な機能を備えている。

RA2シリーズ 
RA2シリーズはRAファミリの中でも最も低消費電力が求められるアプリケーションの為に設計されている。動作時、スタンバイ時の消費電力が極めて低く、またスタンバイからの復帰も高速で、主にバッテリ動作のアプリケーションに用いられる。1.6Vから5.5Vまで広範囲で動作し、最大24ビットの高分解能A/Dコンバータや静電容量タッチセンシングに対応している。

Part Number Decoder 
RAファミリのマイクロコントローラーの型名は16桁のPart Numberで表記される。

①　R（固定）：Renesas

②　7（固定）：マイクロコントローラ

③　F（固定）：フラッシュメモリ混載製品

④　A（固定）：Renesas RAファミリ

⑤　シリーズ：RA2=2、RA4=4、RA6=6、RA8=8

⑥　アプリケーション：M＝メインストリーム、W=ワイヤレス、T＝モータ制御、A＝アナログフロントエンド、E=エントリーライン、L＝ローパワー

⑨　フラッシュメモリ容量：3=16KB、4=24KB、 5=32KB、6=48KB、7=64KB、8=96KB、9=128KB、A=192KB、B=256KB、C=384KB、D=512KB、E=768KB、F=1,024KB、G=1,536KB、H=2,048KB

⑩　動作温度範囲：2:Ta= -40度~85度、3:Ta=-40度~105度、4:Ta=40度~125度

⑭　品質グレード：C=産業グレード(Q2A)、D=民生グレード(Q2B)

⑮　パッケージ

Flexible Software Package (FSP)

概要 
Flexible Software Package (FSP) は、ルネサスエレクトロニクスが提供するソフトウェア群である。無償のソースコードがGitHubから提供されている。FreeRTOSに加えてAzure RTOSに対応しており、各種ミドルウェア、HALドライバなどのソフトウェアが含まれており、RAファミリを用いたシステム開発を行うユーザーが、必要なソフトウェアを自由に活用することができる。

主な機能 
 FSPｖ5.1.0 (Latest)
 2023年12月リリース
 Arm® TrustZone® 対応

BSP（Board Support Package） 
 CMSIS-Core準拠のスタートアップコード
 クロック、メモリ、割込み、スタック、ランタイムなど基本的サービス
 CMSIS-DSP
 CMSIS-NN

HALドライバ 
 MCUのマニュアルに沿ったレジスタレベルのアクセス
 高性能、省フットプリント

オペレーティングシステム 
 最新バージョンのFreeRTOSおよびAzureRTOSをリファレンスとして採用
 ツールでコンフィギュレーション可能なRTOSリソース（スレッド、ミューテックスなど）
 サードパーティ製OS対応、ベアメタル対応

ミドルウェア 
 FreeRTOS+FAT, LittleFS, FileXのファイルシステム
 仮想EEPROMエミュレーション
 TCP/IPをはじめとした各種通信プロトコルスタック
 セキュアコミュニケーションを実現するMbed TLS1.3
 CDC、HID、マスストレージに対応したUSBミドルウェア
 Bluetoothプロトコルスタックとサンプルアプリケーション
 主要なクラウドプロバイダとの簡単な接続オプション
 Arm PSA Crypt APIと暗号ハードウェアエンジン　※PSA Level2準拠予定
 Segger emWinグラフィックスライブラリインターフェース

ツール開発環境

統合開発環境 
Renesas RAファミリの統合開発環境としてはルネサスエレクトロニクスが独自に用意するものだけではなく、ARM KeilやIARシステムズといったサードパーティ製の製品が使用できる。直感的な操作でデバイスの各種設定を行いコードを生成するスマートコンフィギュレータの機能は、いずれのケースでも利用できる。

開発用/評価用ボード（Evaluation Kits） 
ルネサスはRAファミリの開発用/評価用ボードとしてEvaluation Kit（EK）を製品化している。EKにはMCUの全端子にアクセス可能なピンヘッダを備え、また用途に応じたセンサやコネクティビティを拡張するための拡張コネクタとしてPmod、Arduino、Mikrobus、Groveのコネクタを備えている。オンボードデバッガとしてJ-Link OBも実装している為、同梱されているUSBケーブルとPCで接続するだけですぐにデバッグやプログラムの書き込みが可能な仕様となっている。回路図やBOM、デザインファイルなどもルネサスの公式HPで公開されており、これらのEKはルネサスの販売代理店や電子部品の通販サイトなどで購入可能である。

また、株式会社アルファプロジェクトや株式会社北斗電子などによるサードパーティ製ボードも存在する。

その他 
Renesas RAファミリで使用可能なツール

QE for BLE 
Bluetooth® low energyを使った組み込みシステム開発に対応した開発支援ツール。統合開発環境e² studioに対応。RA4W1のBluetooth®仕様の通信機能をすぐに試すことが可能。

QE for Capacitive Touch 
静電容量式タッチセンサを使った組み込みシステム開発に対応した開発支援ツール。RXファミリ、RAファミリに対応。

QE for Motor 
ワークフローに従って操作するだけでモータ用ソフトウェアの開発ができるモータ用ソフトウェア開発支援ツール。統合開発環境 e² studioの拡張機能で無償でダウンロードできる。

モータ制御開発支援ツール Renesas Motor Workbench 3.1.1 
モータ制御向けのデバッグツール。Analyzer機能ではマイコン内部の変数の読み書きや変数の波形表示などを行うことができ、Tuner機能はソリューションキットを使用してモータの自動調整を行うことができる。自動調整を行うことで、ベクトル制御で使用するモータのパラメータや制御のパラメータを自動で取得することができる。

PG-FP6 
ルネサス製フラッシュメモリ内蔵マイコンに対し、ユーザシステム上で、プログラムの消去、書き込み、ベリファイを行うためのツール。

Renesas Flash Programmer V3 
ルネサス製フラッシュ内蔵マイコンのフラッシュメモリに対し、開発フェーズ、量産フェーズそれぞれでの書き込みをサポートする操作性・機能を提供する

AppWizard（Segger） 
RA6M3とFSPに同梱されたSegger社のemWinグラフィックスライブラリを用いたGUI開発ツール。WYSIWYGエディタ。

EVRICA（DTSインサイト） 
動作中の組込みソフトウェア内部の入出力データや変数など、動的に変化するデータ値をリアルタイムに計測

FL-PR6（内藤電誠町田製作所） 
フラッシュメモリプログラマ

RA Ready 開発パートナーエコシステム 
ルネサスではRAファミリですぐに使えるソフトウェア/ハードウェアソリューションを提供しているパートナー製品を「RA Ready」の表記のもとでいくつか公表している。代表的なパートナー企業は以下の通りである。(順不同)

セキュリティとセーフティ 
 Cypherbridge Systems LLC
 Veridify Security
WolfSSL
 ユビキタスAIコーポレーション
 SmartAxiom, Inc
 Segger
 HEX Five Security
 Secure Thingz
 IARシステムズ

コネクティビティとクラウド連携 
Microsoft Azure
 Alibaba Cloud
 ARM Pelion
 サイレックス・テクノロジー株式会社
 RELOC
 株式会社プロアシスト
 Clarinox
 Altobeam

人工知能と機械学習 
 Qeexo
 Ignitarium

ヒューマン・マシン・インタフェース 
 Sensory
 Cyberon
 テクノマセマティカル
 アドバンスト・メディア
 Segger
 FDI
 Pachira
 東芝

センシングとコントロール 
 BFG Engineering

特定用途/新規アプリケーション 
 ORBSTAR
 TATA ELXSI
 GT&T
 MBS

ツールとユーザーエクスペリエンス 
 IARシステムズ
 イー・フォース株式会社
 株式会社グレープシステム
 ミナトエレクトロニクス
 フラッシュサポートグループ
 ユークエスト
 アルファプロジェクト
 arm Keil
 DTSインサイト
 FreeRTOS
 CapExt

脚注

外部リンク 
 公式サイト
 

マイクロプロセッサ