Arduino UNO R4互換品：RA4M1コアボード

「Arduino UNO R4」、そろそろ試してみないとなぁ
と思ってネットをさまよっていたら、
・Arduino UNO R4 の代替品１（RA4M1 コアボード）:それ、やってみよう！
というページを発見。
・WeACT-RA4M1_CoreBoard
RA4M1コアボードが紹介されていました。

Arduino UNO R4、チップは高性能になっても、
基板サイズがUNO R3と同じ。
これでは、「ケースにちっこく組み込んで」という
工作ができません。

UNO R3は28ピンDIPのATmega328Pをソケットから
引っこ抜いて、ユニバーサル基板に組んだ回路に
乗せてということができるんでありがたいのです。

トラ技編集部からは、
・FLINT ProMicro R4(SWITCH SCIENCE扱い)
というのもあるよっとお聞きしてました。
このくらいの大きさなら、ユニバーサル基板に乗
せられるっと。

しかし、64ピンマイコンの多くの足が端子に出ないままに
なってます。

ところが、RA4M1コアボードはダブルの端子を使って
いるのでほとんどの信号が足に出ています。
こりゃエエかもっと買ってみました。
　　※ブートローダーの書き込み方法は前述の紹介
　　　記事を参照。

まずやってみたのがI/Oポートのアクセス速度チェック。
digitalWriteとポートの直書きを比較してみました。

//  出力ピンのテスト
//      D8ピン  P304  digitalWriteでH/L
//      D9ピン  P303  直接I/OでH/L
//  RA4M1 CoreBoardのLEDはP012(VREFH:DAC用Vref)につながっている

/*****  SETUP  *****/
void setup()
{
    pinMode(8, OUTPUT);     // P304
    pinMode(9, OUTPUT);     // P303
}

/*****  LOOP  *****/
void loop()
{
    while(1){
        digitalWrite(8, 1);             // P304 H/L/H
        digitalWrite(8, 0);
        digitalWrite(8, 1);
        R_PORT3->PODR_b.PODR3 = 1;      // P303 H/L/H
        R_PORT3->PODR_b.PODR3 = 0;
        R_PORT3->PODR_b.PODR3 = 1;
        R_PORT3->PODR &= ~(0b11 << 3);  // 304,303 L
    }
}

コネクタはまだ付けてないので、スルーホールに
クリップを引っかけて波形観察。


こんな波形が得られました。

digitalWriteでのH/Lだと1.34μs。
直書きだと0.42μs。
　　※思ったより速くありませんでした。

RA4M1コアボード、メイクロック用として16MHzの
水晶発振子が乗っています。
これを基準にPLLして48MHzを出すとどうなるかを
試してみたいと思います。
　　※RA4M1のスペックでは12.5MHzが最大。
　　　16MHzをPLL入力が受け入れてくれるのかどうかが問題。
　　※UNO R4の回路を見ると、実装されていないけれど
　　　同じように発振子(Y1)のパターンが見えます。
　　　部品名がFTX16.000M12SM3S-30/30てなってい
　　　てこれも水晶発振子。
　　※PLLは逓倍数が8～31で、それを1/2か1/4して
　　　メインクロックの48MHzに。
　　　ということは16MHz×12して192MHz。
　　　それを1/4して48MHzという流れ。
　　※水晶の周波数を12MHzとか8MHzに落とせばエエですが、
　　　R4の現パターンに乗るような小型の水晶が無いようです。
　　※しかし、もう、誰かやってるかな？


※1MHzパルスを出してメインクロックの様子を見る

//  1MHz出力のテスト
//      D5ピン  P102    GT2B 1MHzでトグル出力
//      D8ピン  P304    loopでH/L
//      D9ピン  P303    millis変化でトグル(500Hz)
//  ポートH/L制御出力
#define D8_H    (R_PORT3->PODR_b.PODR4  = 1)    // D8:P304 H/L
#define D8_L    (R_PORT3->PODR_b.PODR4  = 0)        
#define D9_H    (R_PORT3->PODR_b.PODR3  = 1)    // D9:P303 H/L
#define D9_L    (R_PORT3->PODR_b.PODR3  = 0)        
/*****  SETUP  *****/
void setup()
{
    pinMode(8,  OUTPUT);     // D8:P304
    pinMode(9,  OUTPUT);     // D9:P303
//  D5:P102
    R_PMISC->PWPR_b.B0WI  = 0;       // PFS書き込みプロテクト解除
    R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 1;       // (プロテクト戻してないよ)
    R_PFS->PORT[1].PIN[2].PmnPFS_b.PDR  = 1;        // ポート出力に
    R_PFS->PORT[1].PIN[2].PmnPFS_b.PSEL = 0b00011;  // GTIOC2B
    R_PFS->PORT[1].PIN[2].PmnPFS_b.PMR  = 1;        // 機能出力有効
//  GPT2 B出力を1MHzでトグル
    R_MSTP->MSTPCRD_b.MSTPD6 = 0;       // PWMモジュールストップ解除
    R_GPT2->GTCR_b.MD   = 0b000;        // ノコギリ波モード
    R_GPT2->GTUDDTYC    = 0b11;         // 強制的にupカウント
    R_GPT2->GTUDDTYC    = 0b01;         // up継続
    R_GPT2->GTCR_b.TPCS = 0b000;        // PCLKD/1 48MHz
    R_GPT2->GTPR        = 24 - 1;       // 48MHz/24=2MHz トグルで1/2して1MHz
    R_GPT2->GTCNT       = 0;            // 初回カウント値
    R_GPT2->GTIOR_b.GTIOB = 0b01100;    // GTIOC2B 周期の終わりでトグル出力
    R_GPT2->GTIOR_b.OBE   = 1;          // B出力許可
    R_GPT2->GTCR_b.CST    = 1;          // カウント開始
}
/*****  LOOP  *****/
void loop()
{
uint32_t ms , a;                // 1msチェックデータ
int f_x9 = 0;                   // D9ポート反転フラグ
    ms = millis();              // 現1ms値
    while(1){
        D8_H;                   // D8:P304 H/L
        D8_L;
        a = millis();           // 新1ms値
        if(ms != a){            // 1ms変化?
            f_x9 ^= 1;          // 0/1
            if(f_x9)    D9_H;   // D9:P303 H/L
            else        D9_L;
            ms = a;             // 次の1msを待つ
        }
    }
}

タイマー2を使って、メインクロックを1/48して1MHzの
方形波を出してみました。

今回、RA4M1コアボードは3枚買いました。
そのうちの2枚の出力周波数が1MHzより10～30Hz高い
だけで「水晶発振で動いてるんとちゃうん？」と思う
くらいでした。
残り1枚がプラス400Hzほど。
ただし、みんなけっこう変動しています。
周波数カウンタのゲート時間1秒で観察すると平均化さ
れてしまって分かりにくいのですが、0.1秒にすると
400～600Hzほどで変動してるのが目立ちます。

さて、うまいこと水晶発振によるPLL化はできるかな？

もう一つ。
メインクロックの短期間周波数変動を見ようとするとど
うしたらよいでしょか。
計測時間を長くすると平均化されてしまうし。
別に置いた基準発振周波数とMIXして、差を見る
なんて方法かな。
「BFO」ですな。

※続き
・2025年5月3日：RA4M1コアボードの16MHz水晶をPLLでメインクロックに
とりあえず、16MHz水晶からPLLで48MHzメインクロックを
作るのはできました。
安定性の検証はこれから。