AMB23 Getting Started Guide

CONTRIBUTED BY: 董勝源 (mailto:tung79107910@gmail.com )

Ameba RTL8722DM物聯網開發板為瑞昱(Realtek)公司的產品， 它是Ameba物聯網解決方案系列的最新一代SoC，並內含高性能32-bit的雙Arm®的新架構與最新的無線技術，具有高性能、超低功耗，適用於物聯網（IoT）應用。

一、RTL87系列產品與型號區分如下：

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其中AmebaD為超低功耗多功能物聯網單晶片解決方案(RTL8722DM)，具有非常高的安全級別架構和低功耗。成為智能門鎖和IoT Wi-Fi音頻/娛樂設備的最佳IoT解決方案。使客戶能夠開發具有最高安全性的高級物聯網應用程序。

二、RTL8722DM特性：

  1. 支持 Arduino IDE可掛載部份 Arduino的擴展板。

  2. 雙Arm®的CPU：內含串列線偵錯器(SWD: Serial Wire Debug)、巢狀向量中斷控制器(NVIC: Nested Vectored Interrupt Controller)、不可遮蔽中斷(NMI: Non-maskable Interrupt)及系統節拍計時器(System tick timer)，可共同使用SRAM及周邊設備。

    (1) 低功耗的Cortex-M23，內含16KB指令快取(I-Cache)及4KB資料快取(D-Cache)記憶體，最高工作頻率為20MHz，其性能相當於Cortex-M0。
    (2) 高性能的Cortex-M33，內含浮點運算器(FPU: floating point unit)、數位信號處理(DSP: Digital signal processing)、 三階管道的TrustZone-M、記憶體保護單元(MPU: Memory Protection Unit)、安全指令、32-bit硬體整數除法、 32KB指令快取(I-Cache)及4KB資料快取(D-Cache)記憶體，最高工作頻率為200MHz。其性能相當於Cortex-M4。

  3. 超大容量記憶體：RTL8722DM記憶體分配，如下：

    image1

    (1) KM0 CPU內部記憶體專用於Cortex-M23，最高128K-Byte的指令ITCH ROM、32K-Byte的資料DTCH ROM、64K-Byte SRAM及1K-Byte的SRAM用於在省電模式時可以保留資料，最高工作頻率為20MHz。
    (2) KM4 CPU內部記憶體專用於Cortex-M33，最高768K-Byte的指令ITCH ROM、96K-Byte的資料DTCH ROM、128K-Byte的、512K-Byte的SRAM工作頻率200MHz
    (3) 外部擴展PSRAM，記憶體容量4M-Byte，工作頻率50MHz。
    (4) 外部擴展Flash，最高2/4M-Byte(32M-bit)，可藉由串列介面SPI/DSPI/QSPI控制及線上燒錄(ICP:In-Circuit Programming)來存取程式。
    (5) 外部擴展DDR，可外接8-bit的DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）。
    (6) 周邊直接記憶體存取(GDMA：Peripheral Direct Memory Access)，可直接令周邊設備與KM0及KM4記憶體存取大量的資料，如語音及影像資料等。

  4. 豐富的I/O周邊設備，可應用於各種物聯網控制場合：

    (1) GPIO腳：PA0~PA31(無PA3、PA29)及PB0~PB31(無PB8~PB11、PB24~PB27)共54支腳。 每支腳輸入時可配置內含提升(pull-up)或下降(pull-down)電阻，且均具有外部中斷(GPIOINT)功能， 觸發條件可設定為上升緣(rising)、下降緣(falling)或雙邊緣(both)。
    (2) 通用非同步收發傳輸器(UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： 有三組高速HS_UART0及低功耗(LP_UART0、LP_UART1)，可外接UART模組，如USB、藍牙、Wi-Fi、GPS等。
    (3) 串列周邊介面(SPI: Serial Peripheral Interface)：有兩組高速HS_SPI0及HS_SPI1，可外接SPI晶片與模組，如Flash、繪圖型LCD等。
    (4) 積體匯流排電路(I²C: Inter-Integrated Circuit）：有一組低功耗LP_I2C0，可外接I2C 晶片與模組，如EEPROM、LCD等。
    (5) 通用串列介面(USI: Universal SerialInterface)：可設定為高速HS_USI_UART、HS_USI_SPI或HS_USI_I2C。
    (6) 紅外線(IR: Infra Ray)：可外接紅外線感測器。
    (7) 單線One wire(SGPIO)介面：可藉由一條信號線來進行串列資料傳輸，來控制串列元件。
    (8) 計時器(Timer)：含基本(BASE)計時(HS_TIM0 ~ HS_TIM3 & LP_TIM0 ~LP_TIM3)、PWM計時器(HS_TIM5 &LP_TIM5)及脈衝(Pulse)計時器(HS_TIM4 & LP_TIM4)。
    (9) 脈波寬度調變(PWM:Pulse Width Modulation)輸出：有17通道(PWM1~17)，藉由方波的佔空比(duty)來進行功率控制，如LED亮度、馬達轉速等。
    (10) 即時時脈(RTC: Real Time Clock)：關機時，可使用電池及石英晶體32.768KHz，提供年、月、日、週、時、分、秒的萬年曆與鬧鐘計時功能。
    (11) 類比數位轉換器(ADC: Analog-to-Digital Converter)：有7通道(A0~A6)， 最高精度為12-bit，但平時精度為10-bit，可將類比電壓0~3.3V轉換為數位資料0~1023(10-bit)或0~4095(12-bit)。
    (12) 脈衝編碼調變(PCM:Pulse-code modulation)：是一種類比訊號的數位化方法，常被用於數位電信系統上。
    (13) 音頻編解碼器(I2S: Inter-IC Sound或Integrated InterchipSound）： 是IC間傳輸數位音訊資料的一種介面標準，常用於CD等音頻信號處理。
    (14) 安全數位介面(SD: Secure Digital)與高速SDIO，可外接SD記憶卡。
    (15) 通用序列匯流排(USB：Universal Serial Bus)：為USB 2.0可設定為HS/FS/LS模式，具有host(主控制器)或device(裝置)功能。
    (16) 按鍵掃描：最多可使用16支 GPIO腳來進行8*8按鍵掃描。
    (17) 觸摸按鍵：可連接4通道電容式觸摸感測器。
    (18) LCD面板控制器：具有8-bit、16-bit及RGB模式控制，可連接TFT(Thin Film Transistor)彩色LCD。

  5. 內含最新的無線技術：雙頻Wi-Fi（2.4GHz/5GHz）和低功耗藍牙(BLE5)。

  6. 超低功耗，適合物聯網應用。

  7. 最新的高安全性架構，附帶安全啟動。

  8. 全方位便捷的開發套件，可從IAR/GCC/Arduino軟體SDK入手。

  9. 應用領域：可以連接LED、開關、壓力計、濕度計、PM2.5粉塵感測器等電子元件，由Ameba所收集的資料可以通過Wi-Fi無線上傳，可應用於物聯網範圍如下：

    (1)智能家居
    (2)智慧城市
    (3)工業物聯網
    (4)物聯網中心/網關
    (5)智能玩具
    (6)Wi-Fi音頻/娛樂設備
    (7)遊戲操縱桿/Wi-Fi遙控器

三、RTL8722DM相關電路板介紹：有RTL8722DM及RTL8722DM_MINI比較如下表所示：

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RTL8722DM_MINI電路板外型如下圖(a)(b)所示：

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圖1-(a) RTL8722DM_MINI電路板正面圖

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圖1-(b) RTL8722DM_MINI電路板背面圖

  1. RTL8722DM_MINI電路板的GPIO接腳有D0~D22共23支腳，均可作為外部中斷(INT)及兼具各種特殊功能接腳，如下表所示：

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  1. RTL8722DM_MINI內含實習電路，如下：

    (1) LED電路：LED1藍(PA9)，LED2綠(PA10)，輸出高電位(1)時亮。
    (2) User按鍵開關(SW2)：Button(PA20)，未按鍵時輸入為0，按鍵時輸入為1，具有防止機械彈跳電路。
    (3) 麥克風(MK1)：MIC1_P(PA4)及MIC1_Bias(PA0)。
    (4) 耳機(J4)：左聲道AOUTP_L(PB31)及右聲道AOUTP_R(PB29)
    (5) USB轉UART(CON3)：插入Micro USB埠提供+5V電源，轉換成工作電壓+3.3V，經FT232提供虛擬UART連接MCU的接腳FT_UART_RX(PA7)及FT_UART_TX(PA8)，來燒錄程式與UART傳輸。
    (6) Download(SW1)：連接FT_UART_RX(PA7)，SW1按下再重置(Reset)會進入燒錄功能。
    (7) Reset(S1)：按下時為重置(Reset)動作。
    (8) Host USB(CON1)：連接HSDP(PA26)及HSDM(PA25)。
    (9) Micro SD卡(CON2)：SD_D1(PA23)、SD_D0(PA22)、SD_CLK(PA21)、SD_CMD(PA20)、SD_D3(PA19)、SD_D2(PA18)，SD_PWR_EN(PA20)

  2. RTL8722DM_MINI程式燒錄操作：

    1. 進入下載模式：按SW1(Download)按S1(Reset)鍵放開S1(Reset)鍵放開SW1(Download)，即可進入Download(下載)模式。

    2. 允許燒錄程式，燒錄程式完畢。

    3. 按S1(Reset)鍵放開S1(Reset)鍵進入執行模式。

四、RTL8722DM_MINI的Arduino IDE開發環境：

  1. 首先使用Micro USB經CON3將RTL8722DM_MINI連接到電腦:

  2. 如果是第一次將RTL8722DM_MINI連接電腦，會自動安裝USB驅動程式(FT232)，在裝置管理員顯示連接埠COM編號(如COM５):

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  1. 設定Arduino IDE環境：

    (1) 必須執行Arduino IDE的1.8.1以後版本，才可以使用Arduino IDE在RTL8722DM上開發應用程式，
    (2) 打開Arduino IDE的“偏好設定“，如下：

    image7

    (3) 並將以下網址複製到“額外的開發板管理員網址”欄位: https://github.com/ambiot/ambd_arduino/raw/master/Arduino_package/package_realtek.com_RTL8722DM_MINI_index.json
    (4) 選擇“工具”->“開發板”->“開發板管理員”:

    image8

    (5) 在“開發板管理員”用RTL8722DM來尋找及點擊“安裝”，Arduino IDE會自動開始下載RTL8722DM_MINI所需的檔案與範例程式。

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    (6) 開始在網路下載RTL8722DM_MINI所需的檔案，包括軟體開發套件(SDK: Software Development Kit)及範例程式：

    image10

    (7) 選擇選擇RTL8722DM_MINI作為開發板:

    image11

    同時會加入各種範程式，包括RTL8722DM_MINI的範例程式(Ameba*****)。

    image12

  2. 測試GPIO輸出範例：RTL8722DM_MINI的GPIO接腳，如下：

    (1) 開啟內部範例程式(Blink)：

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    (2) LED_BUILTIN預定為LED1(藍)，可改為LED_B(LED1藍)、LED_G(LED2綠)或0~22(D0~D22)。不過改為PA_0~PA_31及PB_0~PB_7雖然編譯正確，但無輸出。
    (3) RTL8722DM_MINI程式燒錄操作順序：(a)按SW1(Download)，(b)按、放S1(Reset)鍵，(c)放開SW1(Download)鍵等待燒錄程式，燒錄完畢(d)按、放S1(Reset)鍵開始執行程式。如下圖所示：

    image15

    (4) 編譯並上傳：在底下視窗顯示編譯及上傳結果，如下：

    image16

    a. 編譯時會顯示警告(WARNING)訊息。
    b. 編譯完畢，顯示使用程式碼(草稿)記憶體的容量(192K-byte)、比率與上限(2M-byte)。
    c. 進入上傳(upload)模式，即開始燒錄程式碼，上傳過程需要相當長的時間(大約30秒到1分鐘)。
    d. 下載完畢，按、放S1(Reset)鍵會進入執行模式，令LED1(藍)閃爍。如下圖所示：

    image17

  3. 測試GPIO輸入與輸出範例：由按鍵開關(PUSH_BTN)控制LED_G(綠)，如下圖所示：

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(1) 開啟內部範例程式(Button)：修改按鍵開關接腳為buttonPin = PUSH_BTN及LED接腳為ledPin = LED_G，如下圖所示：

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  1. 測試ADC範例：RTL8722DM_MINI的ADC接腳有A0~A6，如下圖所示：

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(1) 開啟內部範例程式(AnalogReadSerial)：RTL8722DM_MINI的ADC應為12-bit，其中在Arduino執行時bit0~1會被捨棄，可應用的數位資料僅有10-bit為0~1023。

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(2) 其中類比輸入接腳A0可改為A0~A6。
(3) 進入序列埠監控視窗。

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(4) 在接腳D4(A0)輸入類比電壓(0~3.3V)，會在序列埠監控視窗顯示數位資料(0~1023)，顯示如下圖所示：

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  1. 測試呼吸燈範例：RTL8722DM_MINI的PWM接腳，以D9(PWM)為例，如下圖所示：

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開啟內部範例程式(Fade)：其中9(D9)外接LED，執行時可觀察呼吸燈的動作，如下所示：

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  1. 在ARDUINO內建範例，配合RTL8722DM_MINI接腳可修改的名稱如下表所示：

Category

Name

Comment

Remarks

01. Basics

AnalogRead Serial

Connect potentiometer to 3.3V.

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

Bare Minimum

Blink

Pin LED_BUILTIN sets to LED_B

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. (blue and green)

DigitalRead Serial

Onboard button PUSH_BTN.

Fade

Replace “led = 9;” by a PWM pin (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21). e.g. “led = 4;”

ReadAnalog Voltage

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

02. Digital

BlinkWitout Delay

The onboard blue LED (LED_B) has been used.

Onboard LEDs options LED_G.

Button

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. Onboard button PUSH_BTN.

Debounce

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. Onboard button PUSH_BTN.

DigitalInput Pullup

Onboard LEDs options LED_B and LED_G.

StateChange Detection

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. Onboard button PUSH_BTN.

toneKeyboard

Replace “tone(8, notes[thisSensor], 20);” by a PWM pin (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21). e.g. “tone(21, notes[thisSensor], 20);”

toneMelody

tone Multiple

tonePitch Follower

03. Analog

AnalogIn OutSerial

Replace “analogOutPin = 9;” by a PWM pin (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21). e.g. “analogOutPin = 4;”

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

AnalogInput

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

Analog Write Mega

Use PWM pins D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21.

Calibration

Onboard LEDs options LED_B and LED_G. Onboard button PUSH_BTN. ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

Fading

Replace “ledPin = 9;” by a PWM pin (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21). e.g. “ledPin = 4;”

Smoothing

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

04. Communication

ASCIITable

Dimmer

Onboard LEDs options LED_B and LED_G.

Graph

Connect potentiometer to 3.3V.

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

Midi

Use Serial1 and pin D18, or use Serial2 and pin D1.

MultiSerial

Physical Pixel

Onboard LEDs options LED_B and LED_G.

ReadASCII String

Use PWM pin for LED (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21).

SerialCall Response

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

Serial CallResponse ASCII

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

SerialEvent

SerialPa ssthrough

Serial options, Serial1 or Serial2.

VirtualColor Mixer

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

05. Control

Arrays

Use pins D1, D2, D3, D4, D5, D6.

ForLoop Iteration

Use pins D1, D2, D3, D4, D5, D6.

IfStatement Conditional

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V. Onboard LEDs options LED_B and LED_G.

switchCase

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

switchCase2

Use pins D1, D2, D3, D4, D5, D6.

WhileStatement Conditional

Replace “ledPin = 9;” by a PWM pin (D4, D5, D7, D12, D13, D14, D17, D20, or D21). e.g. “ledPin = 4;”

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

06. Display

barGraph

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

RowColumn Scanning

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

07. Strings

Character Analysis

String Addition Operator

String Append Operator

StringCase Changes

String Characters

String Comparison Operators

ADC pin options A0, A1, A2, A3, A4, A5 and A6. ADC pin reading voltage range 0 to 3.3V.

String IndexOf

String Length

StringLength Trim

String Replace

String StartsWith EndsWith

String Substring

String ToInt