基于NXP S32K3的Arrow开发套件SEED-S32K3B_CORE

开发套件18 4月 2024

近年来，汽车电子电气架构的快速演进对MCU提出了新的需求，包括更高的计算能力、增强的功能安全、信息安全、OTA能力、更强的通信能力以及网络带宽。为了应对这些需求，恩智浦（NXP）在S32K1平台的基础上推出了升级版S32K3系列MCU。

S32K3 与 S32K1 的比较

更高的计算能力：核心升级为Arm Cortex-M7，最大频率提升至320MHz。
功能安全： S32K1 可实现高达 Asil B 级别的功能安全，而基于锁步核心产品的 S32K344 可实现高达 Asil D 级别的功能安全。
信息安全： S32K1 的安全核心 CSEc 无法执行非对称加密，而 S32K3 的 HSE-B 引擎能够实现包括非对称加密在内的高级加密，使其成为当前汽车 MCU 中最高级别的安全引擎，优于 HSM 模块。
通讯升级： S32K1最多仅支持3个CAN通道，而S32K3最多支持8个CAN/FD通道；以太网升级至最高1Gbps，支持音视频桥接（AVB）和时间敏感网络（TSN）。
更小封装： MaxQFP是恩智浦（NXP）专利封装技术，与具有相同引脚数量的LQFP相比，封装尺寸减少了一半。

为了使客户能够快速熟悉这款芯片，AiRui Electronics推出了一款高度简化的开发套件——SEED-S32K3B_CORE。借助该开发套件，客户可以轻松评估S32K3，并方便地将开发套件集成到自己的系统中，从而在开发之前实现深入的评估和系统测试。

解决方案介绍

SEED-S32K3B_CORE的示意图。

SEED-S32K3B_CORE 的核心芯片采用 LFBGA257 封装。

SEED-S32K3B_CORE的原理图。

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功能与特性

1. 电源

S32K3芯片需要三个外部电源供应：VDD_HV_A、VDD_HV_B和V15。板子可以通过两种方式供电：一种是使用外部12V电源，通过板上的FS26电源芯片生成所需的5V和3.3V来为板子供电；另一种是直接外部共享5V电源给核心芯片，不使用板上的FS26电源芯片。这后一种方式简化了系统，仅需一个5V电源即可为整个系统供电，无需其他电源芯片。通过跳线，这两种方法可以轻松切换。

电路板上的电源芯片FS26是根据ISO26262标准开发的，提供了增强的安全功能，例如多个故障关断输出，覆盖ASIL B和ASIL D安全完整性等级，以及最新的按需潜在故障监测功能。FS26拥有多个开关稳压器和LDO稳压器，为微控制器、传感器、外部IC和通信接口提供电源。FS26提供高精度参考电压、用于两个独立电压跟踪稳压器的参考电压，以及用于系统控制和诊断的各种功能，例如模拟多路复用器、通用IO，以及从I/O、长时间定时器或SPI通信的可选唤醒事件。

在正常运行时，FS26需要定期供电才能正常工作，这对于初始产品调试来说并不方便。因此，板上的跳线JP6用于选择FS26的工作模式，可以选择Flash模式、Debug模式或正常运行模式。在该系统中，FS26生成三个输出电压：5V、3.3V和1.5V，用户可以通过跳线灵活选择不同的电源模式。如果希望简化系统，可以通过跳线选择不使用FS26，而直接接入5V电源，采用5V供电模式。

总结来说，用户可以通过跳线选择以下供电模式：

VDD_HV_A = VREFH = VDD_HV_B = +5.0V（外部），V15 = +1.5V（外部 NPN 晶体管）
VDD_HV_A = VREFH = VDD_HV_B = +5.0V (FS26)，V15 = +1.5V（外部 NPN 晶体管）
VDD_HV_A = VREFH = VDD_HV_B = +3.3V (FS26)，V15 = +1.5V（外部 NPN 晶体管）
VDD_HV_A = VREFH = VDD_HV_B = +5.0V (FS26)，V15 = +1.5V (FS26)
VDD_HV_A = VREFH = VDD_HV_B = +3.3V (FS26)，V15 = +1.5V (FS26)
VDD_HV_A = VREFH = +5.0V (FS26)，VDD_HV_B = +3.3V，V15 = +1.5V（外部 NPN 晶体管）
VDD_HV_A = VREFH = +5.0V (FS26)，VDD_HV_B = +3.3V，V15 = +1.5V (FS26)

由于两种电源输入方式共用一个连接器，因此在实际使用中可能会出现跳线选择5V，而同时连接12V外部电源的情况。在这种情况下，板载具有内置的5V过压保护功能。板子会自动断电并点亮过压保护警示灯，以保护主芯片。

2. CAN（控制器区域网络）

该板卡上扩展了一个CAN接口，该接口通过TJA1044芯片实现。TJA1044是一款属于Mantis系列的高速CAN收发器，提供CAN协议控制器与物理双线CAN总线之间的接口。该收发器特别为汽车行业的高速CAN应用设计，能够为CAN协议控制器（位于微控制器内）提供发送和接收差分信号的功能。TJA1044的各种功能针对12V汽车应用进行了优化，其性能相比NXP的第一代与第二代CAN收发器（如TJA1040）有显著提升，并具备卓越的电磁兼容性（EMC）性能。此外，TJA1044的特性包括：

在断电时，CAN 总线的理想被动性能。
具有总线唤醒功能的极低电流待机模式。
即使在速度高达500 kbit/s的情况下，无需共模扼流圈也能表现出卓越的EMC性能。

这些特性使 TJA1044 成为所有类型 HS-CAN 网络的理想选择，对于需要低功耗模式和通过 CAN 总线唤醒的节点尤为适合。

TJA1044 实现了当前的 ISO11898 标准（ISO11898-2:2003、ISO11898-5:2007，以及即将发布的更新版本 ISO11898-2:2016），该标准定义了 CAN 物理层。TJA1044T 的数据传输速率最高可达 1 Mbit/s。对于 CAN FD 和 SAE-J2284-4/5，额外定义的环回延迟对称性定时参数将在即将发布的 ISO11898-2:2016 版本中针对 TJA1044GT 和 TJA1044GTK 进行规范，使其即便在 CAN FD 快速阶段的数据传输速率高达 5 Mbit/s 的情况下，依然能够实现可靠的通信。