IoT高速プロトタイピングキット S5D9
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ルネサス エレクトロニクス製品を、全体または一部を問わず、改変、変更、コピー、またはその他の不正利用を行わないでください。これらの行為に起因してお客様または第三者が被る損失について、ルネサス エレクトロニクスは一切責任を負いません。
ルネサス エレクトロニクス製品は、以下の2つの品質グレードに分類されています：「標準」と「高品質」。各ルネサス エレクトロニクス製品の推奨用途は、その品質グレードに基づいて以下の通りです。
「標準」：コンピュータ、オフィス機器、通信機器、試験および測定機器、音響および映像機器、家庭用電子機器、工作機械、個人用電子機器、産業用ロボットなど。
「高品質」：輸送機器（自動車、列車、船舶など）、交通管制システム、防災システム、防犯システム、安全機器など。
ルネサス エレクトロニクス製品は、人命や身体に直接的な危険を及ぼす可能性のある製品やシステム（人工生命維持装置やシステム、外科用インプラントなど）、または重大な財産損害を引き起こす可能性のある製品やシステム（原子炉制御システム、軍事機器など）での使用を意図しておらず、また許可されていません。各ルネサス エレクトロニクス製品の品質グレードを確認し、意図された用途以外で使用しないでください。意図された用途以外での使用に起因してお客様または第三者が被る損害について、ルネサス エレクトロニクスは一切責任を負いません。
ルネサス エレクトロニクス製品は、特に最大定格、動作供給電圧範囲、動作電源電圧範囲、放熱特性、設置およびその他の製品特性に関して、ルネサス エレクトロニクスが指定する範囲内で使用してください。指定範囲を超えて使用した場合に発生する故障や損害について、ルネサス エレクトロニクスは一切責任を負いません。
ルネサス エレクトロニクスは製品の品質と信頼性の向上に努めていますが、半導体製品には特定の使用条件下で一定の故障率や誤動作が発生する特性があります。また、ルネサス エレクトロニクス製品は放射線耐性設計を施していません。ルネサス エレクトロニクス製品の故障時に火災や身体的損傷を防ぐために、ハードウェアおよびソフトウェアの安全設計（冗長性、火災制御、誤動作防止、老朽化劣化への適切な対応など）を含む安全対策を必ず実施してください。マイコンソフトウェア単体の評価は非常に困難であるため、お客様が製造する最終製品またはシステムの安全性を評価してください。
各ルネサス エレクトロニクス製品の環境適合性などの環境問題については、ルネサス エレクトロニクスの営業所にお問い合わせください。ルネサス エレクトロニクス製品を使用する際は、EU RoHS指令を含む規制物質の含有または使用を規制するすべての適用法令を遵守してください。適用法令を遵守しないことに起因して発生する損害や損失について、ルネサス エレクトロニクスは一切責任を負いません。
ルネサス エレクトロニクス製品および技術は、国内外の適用法令や規制により製造、使用、販売が禁止されている製品やシステムに使用または組み込むことはできません。本書に記載されたルネサス エレクトロニクス製品または技術を軍事用途や軍事による使用（大量破壊兵器の開発を含むがこれに限定されない）に関連する目的で使用しないでください。本書に記載されたルネサス エレクトロニクス製品または技術を輸出する際は、適用される輸出管理法令を遵守し、これらの法令で要求される手続きを実行してください。
Renesas Electronics製品を第三者に配布、処分、またはその他の方法で提供する購入者または販売業者は、本書に記載された内容および条件を事前にその第三者に通知する責任を負います。Renesas Electronicsは、Renesas Electronics製品の不正使用に起因する損失について、購入者または第三者に対して一切の責任を負いません。
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クイックスタートガイド
ステップ4のリンク: www.renesas.com/iotsandbox/S5D9/tutorial
ステップ5のリンク: www.renesas.com/iotsandbox/S5D9/getstarted
1. 概要
S5D9 IoT高速プロトタイピングキットの特徴は、以下のインターフェースオプションを含みます：
- RJ45 10/100Mbps Ethernet x1
- USB フルスピード x1
- PMOD x1
- Groveコネクタ (UART, I2C, GPIO) x2
- 保護されたデジタル入力 x2
- バッファ付きデジタル出力 x2
- RS232トランシーバ x2
- JTAGコネクタ x1
また、以下のオンボードセンサーが含まれています：
- Bosch BMC 150 6軸センサー
- AMS ENS210 環境センサー
- TE Connectivity MS5637-02BA03 気圧センサー
- Knowles SPU0414HR5H-SB 増幅SiSonicマイクロフォン
1.1 S5D9 MCUボード
S5D9 MCUボードは、IoT高速プロトタイピングキットの中心的なコンポーネントです。このボードは、有線EthernetおよびUSB接続を必要とするアプリケーションの高速プロトタイピングを可能にし、PMODおよびGrove拡張オプションを提供します。
このボードには、ノイズの多い産業環境で使用するのに適した過電圧保護付きの24V耐性デジタル入力が含まれています。また、24Vで駆動し、最大1Aの電流を消費するソレノイドなどの2つのデジタル負荷を制御することができます。付属のMOSFETドライバには、過電流および過熱保護が内蔵されており、堅牢な動作を保証します。
S5D9ボードには、640KBのRAMと2MBのフラッシュメモリを備えたRenesas Synergyマイクロコントローラが組み込まれています。さらに、QSPIインターフェースを介して接続された16MBの外部フラッシュメモリも搭載されています。
このボードは、産業用MolexコネクタまたはUSBデバイスコネクタを使用して電源を供給できます。
ボードは、1つのPMODおよび2つのGroveコネクタを備えたさまざまな拡張オプションを提供します。PMODインターフェースには、3.3Vまたは5Vで動作するモジュールとのインターフェースを可能にするジャンパが指定されています。
Grove接続は、1つのUARTインターフェースと1つのI2Cインターフェースで構成されています。Groveコネクタは、3.3Vモジュールのみを供給できます。
また、プログラミングおよびデバッグ用のJTAGインターフェースも含まれています。
2. S5D9 IoT高速プロトタイピングキット仕様
2.2.1 電気仕様
S5D9高速プロトタイピングキットの仕様は、表2.1に記載されています。
表2.1 電気仕様
2.2.2 接続図
IoT高速プロトタイピングキットは、さまざまなアプリケーションの迅速なプロトタイピングを可能にすることを目的としています。図2.1は、ボードにプリインストールされたファームウェアを使用してラボを実行する場合や、新しいアプリケーションを設計してJTAGインターフェース経由でファームウェアをダウンロードする場合に、キットに含まれるコンポーネントの接続を示しています。
図2.1 接続図
3. S5D9 MCUボードの説明
3.1 ブロック図
S5D9ボードの主な機能ブロックは図3.1に示されています。
図3.1 S5D9ボードの主な機能ブロック
各モジュールは以下の通りです：
- S5D9ブロックによってキットの中心として指定されるSynergy MCU
- マイクロコントローラの動作に必要な3V3 LDO電圧レギュレータを含む電源管理モジュール
- SPIフラッシュ – S5D9のフラッシュメモリは、高速QSPIインターフェースを介して接続された外部32MBメモリモジュールで拡張されています。この外部フラッシュは、グラフィックスやその他のデジタル資産の保存、またはコードのインプレース実行（XIP）に使用できます。
- ユーザー定義LED – ユーザー定義LEDは、ファームウェアの現在の状態を示すのに便利です。3つのLEDは、識別しやすいように異なる色を持っています。
- USBデバイスインターフェース – S5D9 MCUには、フルスピードで動作する1つのUSBインターフェースブロックが含まれています。USBデバイスコネクタは、ボードの電源供給に使用できます。
- PMODインターフェース – ボードには、ジャンパーで3.3Vまたは5Vを電源ピンに供給するように設定できる12ピンのPMODインターフェースが1つ含まれています。この機能により、外部のレベルシフタや電源を必要とせずに周辺モジュールの範囲が拡張されます。
- Groveインターフェース – Groveコネクタは、Seeed Studioのセンサーやアクチュエータを含む幅広い周辺モジュールに対応しています。Groveコネクタの1つはUART通信用に設定でき、もう1つはI2Cインターフェース専用です。
- JTAGインターフェース – Seggerデバッグプローブと互換性のある10ピンコネクタJ20で利用可能です。代わりに、14ピンのTag-Connectインターフェースプローブを使用してデバイスをプログラムおよびデバッグすることもできます。
3.2 コンポーネントレイアウト
以下の図は、S5D9 MCUボードの主なコンポーネントを示しています。
図3.2 S5D9 MCUボードの主なコンポーネント
ボードの中心にあるMCUはRenesas Synergy S5D9デバイスです。これは、120 MHzで動作するARM Cortex-M4Fコアに基づいています。CPUは浮動小数点ユニットとベクター割り込み制御ユニットを備えています。このMCUは、高性能でゼロウェイトステートのフラッシュと豊富な周辺機能セットを追加しており、幅広いアプリケーションに適しています。
32MBのQSPIフラッシュメモリはMicron N25Q256A13EF840Eです。これは、GUI設計に必要なデジタル資産や実行可能なコードを保存するために使用できます。
4. 電源供給
IoT高速プロトタイピングキットには、単一の5V電源が必要です。これは、USBデバイスコネクタJ9またはMolex MicroBladeシリーズコネクタJ8を介して供給できます。
Pin#は電源コネクタのピン情報を示し、FunctionはUSBコネクタのピン情報を示します。
表4.1 USBデバイスコネクタ（J9）
| ピン番号 | 機能 |
|---|---|
| 1 | +5VDC |
| 2 | データ - |
| 3 | データ + |
| 4 | USB ID |
| 5 | グラウンド |
図4.1 MCUボードで使用されるLDOレギュレータ。
図4.1 MCUボードのLDOレギュレータとブーストコンバータ
5. PMODおよびGroveコネクタ
S5D9 MCUボードは1つのPMODコネクタを提供します。このコネクタは、UART、I2C、またはSPIインターフェースを必要とするモジュールと接続できます。PMODの機能は、MCUの初期化およびピンマルチプレクシングに依存します。PMODコネクタのピンマップは表5.1に示されています。
表5.1 PMODコネクタ
| ピン番号 | PMOD D |
|---|---|
| 1 | SSLB0/CTS9 – P2_5 |
| 2 | MOSI/TXD9 – P2_3 |
| 3 | MISO/RXD9 – P2_2 |
| 4 | RSPCK/SCK9 – P2_4 |
| 5 | GND |
| 6 | J6定義 3.3/5V |
| 7 | GPIO – P7_8/IRQ11 |
| 8 | GPIO – P2_6/SSLB1_A |
| 9 | GPIO – P2_7/SSLB2_A |
| 10 | GPIO – P8_1 |
| 11 | GND |
| 12 | VCC (3.3Vまたは5V) |
PMODコネクタには、J6ヘッダーによって提供される選択可能な電源電圧があります。各電圧オプションのジャンパー位置は表5.2に記載されています。
表5.2 PMOD電圧選択 (J6)
| ピン | 選択された電圧 |
|---|---|
| 1 - 2 | 3.3V |
| 2 - 3 | 5V |
Groveコネクタは以下のインターフェースを提供します：
- UARTインターフェース (Grove A)
- I2Cインターフェース (Grove B)
コネクタのピンマッピングは表5.3に記載されています。
表5.3 Groveコネクタ
| ピン | Grove AUART | Grove BI2C |
|---|---|---|
| 1 | P4_10/RXD0 | P1_0/SCL1 |
| 2 | P4_11/TXD0 | P1_1/SDA1 |
| 3 | 3.3V | 3.3V |
| 4 | GND | GND |
図5.1および図5.2は、それぞれPMODおよびGroveコネクタの回路図を示しています。
図5.1 PMOD回路図
図5.2 Groveコネクタ回路図
6. USBインターフェース
S5D9 IoT高速プロトタイピングキットはUSBデバイスインターフェースのみを提供します。コネクタピンからチップへの配線は表6.1に示されています。
表6.1 USB Micro Bタイプレセプタクル - デバイスモード (J9)
図6.1はUSBインターフェースの実装を示しています：
図6.1 USBインターフェース実装
7. デジタル入力および出力
7.1 24V耐性デジタル入力および出力
S5D9ボードには、デジタル入力用の24V耐性インターフェースが含まれており、ソレノイドなどの誘導負荷を駆動するのに適した1A定格のMOSFETを備えています。以下の回路図は、これらのインターフェースに関連する回路を示しています。
図7.1 デジタル入力および出力
以下の表は、デジタル入力、出力、およびそれらに対応するMCUピンとのマッピングを示しています。
表7.1 24V耐性デジタル入力および出力マッピング
| Molex MicroBlade コネクタ J7 | ピンタイプ | MCUポート |
|---|---|---|
| 0 | 電源 +5V | |
| 1 | グランド | |
| 2 | 赤 | |
| 3 | 入力 – INP1 | P1_11 |
| 4 | グランド | |
| 5 | 入力 – INP2 | P4_9 |
| 6 | グランド | |
| 7 | 電源 +24V | |
| 8 | 出力 – OUT1 | P0_8 |
| 9 | 電源 +24V | |
| 10 | 出力 – OUT2 | P0_9 |
| 11 | 電源 +24V | |
| 12 | グランド |
PMODおよびGroveコネクタも、デジタル入力または出力として構成可能なMCUポートへのインターフェースを提供します。これらは5V耐性があるため、5V電源の周辺機器と接続する際にレベルシフタは不要です。
7.2 オンボードLED
S5D9ボードには、ユーザー定義の機能用に3つのオンボードLEDが提供されています。これらは、単一の抵抗を介して汎用出力ピンに接続されています。出力のアクティブ状態は1であり、設定するとLEDが点灯します。表7.2は、LEDとそれを駆動するポートとのマッピングを示しています。
表7.2 ユーザー定義LEDマッピング
| LED番号 | 色 | 設計者 | デバイスポート/ピン |
|---|---|---|---|
| 0 | 緑 | LED1 | P1_2 |
| 1 | 黄 | LED2 | P1_3 |
| 2 | 赤 | LED3 | P1_13 |
図7.2 LEDとポート間のマッピング
8. デュアル RS232 インターフェース
S5D9 ボードはデュアル RS232 インターフェーストランシーバを提供します。シリアルインターフェースはコネクタ J8 で利用可能です。コネクタのピンマッピングと MCU ポートの対応関係は以下の表に記載されています。
表 8.1 デュアル RS232 インターフェース
| Molex MicroBlade コネクタ J7 | ピンタイプ | MCU ポート |
|---|---|---|
| 1 | 電源 +5V | |
| 2 | グラウンド | |
| 3 | TX1 | P3_2/TXD2 |
| 4 | RX1 | P3_1/RXD2 |
| 5 | グラウンド | |
| 6 | TX2 | P6_13/TXD7 |
| 7 | RX2 | P6_14/RXD7 |
| 8 | グラウンド |
図 8.1 デュアル RS232 ポート
9. JTAG プローブインターフェース
JTAG プローブインターフェースはコネクタ J2 に提供されています。コネクタの部品番号は Samtec FTSH-105-01-L-DV-007-K です。
表 9.1 JTAG プローブインターフェース - コネクタ J2
| ピン番号 | 方向 | 説明 | ピン番号 | 方向 | 説明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 電源 3V3 | 2 | 入力 | TMS | |
| 3 | GND | 4 | 入力 | TCK | |
| 5 | GND | 6 | 出力 | TDO | |
| 7 | N.C | 8 | 入力 | TDI | |
| 9 | GND | 10 | 入力 | RESET |
図 9.1 JTAG プローブインターフェース接続
また、JTAG インターフェースはコネクタ J1 にも利用可能で、Tag Connect 14 ピンプローブで使用するよう設計されています。プローブの部品番号は Tag Connect XXXXXXX です。
表 9.2 JTAG プローブインターフェース - コネクタ J1
| ピン番号 | タイプ | 説明 | ピン番号 | タイプ | 説明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 入力 | TCK | 14 | 電源 | グラウンド |
| 2 | 電源 | グラウンド | 13 | 入力 | RESET |
| 3 | N.C. | 12 | 電源 | グラウンド | |
| 4 | N.C. | 11 | 入力 | TDI | |
| 5 | 出力 | TDO | 10 | N.C. | |
| 6 | N.C. | 9 | 入力 | TMS | |
| 7 | N.C. | 8 | 電源 | +3V3 |
図 9.2 JTAG プローブインターフェース接続
改訂履歴
| 改訂 | 日付 | 説明 |
|---|---|---|
| 1.00 | 2017年3月3日 | 初版 |
技術サポート & 製品ディスカッション
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