關於S32K汽車通用MCU，NXP工程師總結的10個超實用Tips

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S32K144是NXP推出的基於ARM Cortex-M4F內核的汽車級通用MCU系列S32K1xx的第一顆高性能單片機。本文首先簡要介紹S32K系列MCU的內核和片上資源信息，然後列出S32K軟件開發和硬件設計FAQ，供大家參考。

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S32K系列MCU概覽

S32K1xx是S32K系列MCU的第一代產品，其中S32K11x系列的內核是ARM Cortext M0+，其是之前2014年8月份量產的KEA系列MCU的升級產品，相對於KEA，其CAN的IP從之前的MSCAN升級到FlexCAN，並且支持BOSCH最新的CAN-FD，大大提高了CAN總線的通信帶寬，另一個特點是增加了4個通道的eDMA，可以完成外設與內存之間的數據搬移，減輕CPU負擔，提高了MCU的系統處理能力，此外存儲器管理增加了MPU——存儲器保護單元，並且RAM和Flash可以支持到最大24KB和256KB。

S32K14x系列的內核是ARM Cortex-M4F，帶DSP指令集和單精度浮點數處理單元(FPU), 且最高頻率可運行到112MHz，其計算性能大大提高，能夠提供相對於150MHz的PowerPC e200z4內核的計算能力，其CAN最多支持3個FlexCAN，且全部支持CAN-FD(S32K148)，RAM和Flash也最大支持到256KB (RAM) 和2MB (Flash)，管腳封裝支持LQFP-64至最多LQFP-176，外設ADC具有兩個獨立的12-bit精度SAR型ADC模塊(每個模塊16個通道，總共32個通道)，支持FlexIO以及硬件加密模塊CSEc，以及更加豐富的定時器timer模塊、S32K148還擴展了以太網(ENET)、QSPI(支持外擴NOR Flash，支持線性地址映射，本地代碼執行)，ETM Trace(高級調試跟蹤功能)，以及串行音頻接口(SAI)的支持，極大的豐富了外設接口和功能擴展性。

S32K1xx系列MCU支持功能安全ISO-26262 ASIL-B等級，NXP提供安全手冊(Safety Manual)和FMEDA以及安全支持幫助客戶實現未來汽車電子產品對功能安全的要求。

此外，S32K1xx系列MCU提供了免費的軟件開發集成環境——S32DS for ARM，以及集成Processor Expert的圖像化配置外設底層驅動(LLD)的軟件開發套件(SDK)，讓用戶可以快速熟悉使用本系列MCU，並快速完成產品原型驗證，大大縮短了產品的開發週期，滿足汽車電子產品快速發展的市場需求。

S32K1xx系列MCU內核及外設資源

S32K11x與S32K14x系列MCU對比

S32K1xx與KEA MCU引腳兼容性

S32K1xx系列MCU與KEA系列之間的引腳兼容性如下表，相同的引腳封裝可以做到pin-to-pin的兼容，當後期需要增加功能，擴大存儲器時，可以實現無縫升級。此外S32K1xx系列與下一代S32K2xx系列也會做大引腳pin-to-pin兼容。

S32K1xx的part number命名規則

Tips

從part number的X位有對芯片工作最大頻率的限制，如果該字母爲M或者H的S32K14x part，意味着其不能運行112MHz的HSRUM模式。

a）關於運行模式和內核速度

S32K14x系列MCU有RUN、HSRU和VLPR等三種運行模式和STOP1/2與VLPS等三種低功耗模式，其相互轉化狀態機如下圖：

各種模式下可用的時鐘源、系統/內核時鐘、總線時鐘和Flash時鐘頻率限制如下：

注意：

HSRUN模式只有需要內核頻率大於80MHz時才使用，低於等於80MHz是推薦使用RUN運行模式。
S32K14x系列MCU的內核Cortex-M4F要跑到112MHz的內核頻率，必須將其配置爲高速運行模式(HSRUN)，且環境溫度不能大於105°，該模式下不允許對Flash進行擦除和編程操作。
VLPR——Very Low Power RUN模式，限制系統/內核頻率以及總線頻率爲4MHz，而Flash時鐘爲1MHz，其目的是系統長期工作在低功耗模式下，降低(週期性)喚醒時的功耗，從而進一步降低系統功能；該模式下不允許對Flash進行擦除和編程操作。

b）S32K1xx系列MCU的ADC模塊使用

S32K1xx系列MCU的ADC模塊與之前我們使用的S12系列MCU的ADC模塊有所差異，如果單獨使用ADC模塊，則只能實現單通道軟件觸發採樣，且都是通過ADC的狀態和控制寄存器SC1A，配置ADCH選擇具體的單次採用通道實現的，其採用結果也從ADC數據結果寄存器RA讀取：

要想實現單次觸發多個通道採用則需要配合相應的PDB模塊通過硬件觸發的方式才能實現：

c）關於片內集成的RTC模塊

S32K1xx片內集成了帶補償功能的高精度(誤差在0.12 ppm ~3906 ppm)的RTC——實時時鐘模塊，區別於以往S08/S12(X)以及KEA的RTI模塊，其可以支持外部32.768KHz的有源晶振輸入或者內部IRC (eg.128KHz LPO) 分頻得到的1KHz LPO1K_CLK參考時鐘作爲參考時鐘；其中外部32.768KHz的有源晶振輸入能夠提供足夠的精度保證。

Tips

S32K1xx的RTC模塊僅支持外部有源32.768KHz晶振輸入，不能支持無源32.768KHz晶振輸入作爲參考時鐘。
其在最低功耗模式VLPS下是不能正常工作的(處於OFF狀態)，這也就意味着，在功耗低於1mA時Tips，S32K1xx的RTC時不能繼續提供實時時鐘的。

軟件開發工具支持及SDK使用

支持的軟件開發集成環境

NXP：S32DS for ARM v1.3/v2.0（http://www.nxp.com/s32ds）
ARM Keil：推薦V 5.20以上版本，通過Software Packs的方式實現對S32K系列MCU的支持： Keil Microcontroller Development Kit (MDK)（http://www2.keil.com/mdk5）
IAR System：推薦v 7.8以上版本（IAR Embedded Workbench for ARM）

Tips

S32DS NXP針對其最新32位汽車MCU的軟件開發集成環境，是基於eclipse架構和GNU工具鏈(gcc編譯器和鏈接器以及gdp調試軟件)的免費工具，其他可以通過以上給出的官網鏈接下載，通過個人郵箱賬號登錄下載獲取安裝激活碼；關於S32DS的使用，請關注我的微信公衆號——“汽車電子expert成長之路”，閱讀S32DS使用tips系列文章。
對於Keil的MDK，請下載5.20以上的版本，通過安裝Software Packs實現對S32K系列MCU的正常，安裝S32K的pack後，能夠獲取S32K系列MCU的啓動文件、Flash算法文件、默認鏈接文件(分散加載文件)和SDK(RTM1.0版本)。
IAR是S32K系列MCU的AutoSARS MCAL默認支持的編譯工具，所以如果用戶想使用S32K系列MCU的AutoSARS MCAL開發應用程序，建議安裝使用IAR Embedded Workbench for ARM。

支持的軟件下載和調試器

調試器(debugger):

PEmicro: U-Multilink/ U-Multilink[FX]

Segger: J-Link V9.4及以上版本 + 軟件J-Link V6.00d以上

編程器(programmer)：

PEmicro: Cyclone MAX/Cyclone universal / Cyclone universal [FX]

Tips

推薦客戶使用低成本的J-Link調試器開發和調試S32K系列MCU，但一定切記，淘寶網購買J-Link時，買v9.4以上版本的J-Link，並安裝使用最新的J-Link上位機軟件(建議至少v6.00d以上版本)。如果使用J-Link v9及之前版本的J-Link(比如v7和v8)，則無法識別S32K系列MCU，也不能在其上位機軟件中找到S32K的算法文件；其J-Link硬件也不能通過更新固件的方式升級到V9.4以上版本。
推薦客戶使用專業的Flash編程量產工具Cyclone MAX/Cyclone universal / Cyclone universal [FX]作爲產線批量編程，以避免編程過程對S32K造成EOS損傷。

SDK介紹及使用

S32K系列MCU提供的SDK——Software Development Kit是基於ARM的CMSIS (Cortex-M Microcontroller Software Interface Standard) 標準開發的，並可以通過Processor Expert圖像化配置生成S32K系列MCU的內核外設底層驅動程序、啓動文件和鏈接文件，其中還集成了LIN協議棧和FreeRTOS實時操作系統，方便用戶快速上手，用戶只需少量的精力和學習就可以完成外設底層驅動開發。

SDK除了支持S32DS之外，還支持S32K的其他第三方軟件開發工具，比如Keil的MDK和IAR或者Greenhill的MULTI IDE。

（SDK的軟件雖然經過了相應的測試，並提供相應的測試報告和結果，但其具有免責協議，用戶使用到實際的產品中時，還是需要做產品整體軟件質量測試，才能保證產品的可靠性和穩定性）

Tips

需要在初始化ADC模塊之後，調用ADC摸採集外部信號之前調用SDK中提供的自動校準函數：

void ADC_DRV_AutoCalibration(const uint32_t instance)

不同的SDK版本之間可能存在差異，S32K144推薦使用SDK RTM 1.0版本，S32K142和S32K148等part只有SDK V0.8.4(S32DS for ARM v2.0 IDE安裝包中自帶的SDK)及以上版本纔可以支持，具體每個SDK版本之間的差異和相對於上一版本的bug 修復，請參考其安裝目錄下的ReleaseNotes.pdf
SDK集成了幾乎所有外設底層驅動的demo工程用戶可以通過S32DS新建工程的菜單欄File-->Create S32DS Project from Example導出到用戶worksapce下參考學習。
爲了獲得datasheet規範的ADC總不可調整(校準)誤差——TUE = ±4LSB(Typical):
S32K1xx的低功耗和工作運行模式切換通過調用SDK的Power_manager模塊的POWER_SYS_SetMode()完成。

硬件設計注意事項

電源和復位電路設計

S32K系列MCU的系統電源管腳，每一個電源pin都需要加一個0.1uF的解耦合（decouple）電容，並且在PCB Layout時儘量靠近MCU電源管腳放置，以保證其內部電源能夠穩定工作。

S32K1xx系列MCU的外部復位管腳爲低有效，其內部爲開漏和若上拉，所以在設計其外部電路時，建議加一個4.7/10KΩ的上拉電阻爲VDD且並聯一個0.1uF的濾波電容以濾除偶發性的外部干擾，增強系統的抗干擾能力。

Tips

S32K1xx系列MCU的RESET管腳可以通過配置Flash選項寄存器(FTFE-FOPT，位於地址0x40D的Flash字節)控制其復位後默認的功能是復位管腳還是其他功能(PTA5H或者TCLK1)。
若RESET_PIN_CFG = 0,則下次POR復位之後，RESET管腳的復位功能將被關閉，只能通過整片擦除(mass erase)並設置MDM-AP寄存器產生系統復位從而恢復。