1.  前言

        前文 <基於 E3110 開發板的 SBC FS56 晶片簡介（上）>已經對 SBC FS56 做了基本簡介，並且對 E3110 電源域及 SBC FS56 供電原理圖做了介紹，相信大家都對 SBC FS56有了大概的了解。

本文針對 SBC FS56 主要功能安全在 E3110 硬體設計上做一個簡單的介紹。

 

2.  SBC FS56 電源管理器件

SBC FS56 電源管理器件主要包含了 SW1（集成FET降壓變換器）、SW2（外部 FET 降壓控制。

2.1.  SW1 概述及框圖

       SW1 是集成FET降壓變換器（Integrated FET buck converter）是一種電源管理器件。它由一個 3A 集成的（或內置的）金屬氧化物半導體場效應電晶體（FET）、電感器、電容器和控制電路組成。

這種電源管理器件可以將輸入電壓降低到所需的輸出電壓，並能夠通過供電控制器調節負載電壓。這種集成的設計降低了系統的複雜性和成本，並提供了電源效率和精度的提高。

圖 2-1  SW1 high-level block diagram

 

2.2.  SW2 概述及框圖

        SW2 是外部FET降壓控制器（External FET buck controller）是一種電源管理器件。它由一個或多個外部金屬氧化物半導體場效應電晶體（FET）和控制電路組成。SW2 的額定負載電流取決於所選擇的外部組件。通過仔細選擇 MOSFET、電感器和電流感應電路，負載電流在不進入電流限制的情況下，可以提取高達 15A 的電流。

        這種電源管理器件可以通過控制開關 FET 的導通和截止來實現輸入電壓向所需輸出電壓的轉換，並能夠通過供電控制器調節負載電壓。與集成FET降壓變換器相比，它需要外部元件（例如電感器、電容器等）配合使用，複雜性和成本較高，但具有更好的靈活性和可定製性。

圖 2-2  SW2 high-level block diagram

 

3.  Watchdog 簡介

       SBC FS56 的看門狗（Watchdog）是一種硬體設備，能夠確保系統在意外情況下（如死機或失去響應）自動重啟。它是基於一個定時器運行的，當系統的軟體不能及時為其餵狗（刷新定時器），定時器達到特定的時間（例如 2 秒）就會強制重啟系統。

       此外，SBC FS56 的 Watchdog 還提供了開窗（Windowed）功能，允許軟體指定刷新的時間窗口，以確保正確的操作。以此方式，需要向 Watchdog 專門寫入數據，以允許系統周期性地刷新以保持其正常操作。

 

3.1.  Simple watchdog 概述

        簡單的看門狗是使用一個種子值，必須用這個值來“撫摸”看門狗。MCU 可以在 WD_SEED 寄存器中發送自己的種子，或者使用默認種子值 0x5AB2。這個種子必須在打開看門狗窗口時寫入 WD_ANSWER 寄存器。當結果正確時，看門狗窗口會重新啟動。當結果錯誤時，看門狗錯誤計數器會增加並且看門狗窗口會重新啟動。

 

3.2 .  Windowed Watchdog Timer 概述

窗口看門狗定時器（Windowed Watchdog Timer）是一種常用的系統級晶片保護機制，它能夠檢測系統異常或停機，並在檢測到異常或停機時重置系統。

       窗口看門狗定時器與標準看門狗定時器不同之處在於它對比較窗口的時間進行監控。在窗口時間內，系統必須定期向窗口看門狗定時器發送信號，以證明系統仍在運行。如果系統停止響應並超出了窗口時間，則窗口看門狗定時器會被觸發，認為系統已經出現故障，並執行系統復位操作。這種定時器可以幫助保障系統的穩定性和安全性，是許多應用中不可缺少的安全措施之一。

 

3.3.  看門狗錯誤計算器和錯誤影響

看門狗錯誤計數器適用於 Challenger 和簡單看門狗方案。看門狗錯誤計數器用於計算出現具有錯誤（數據和臨時錯誤）的看門狗刷新的次數。

每當發生看門狗故障，設備會將此計數器增加 2。每次成功刷新看門狗時，看門狗錯誤計數器會減 1。這個原則確保循環的‘OK / NOK’行為收斂到失敗檢測。

為了允許應用程序的靈活性，此計數器的最大值可通過 WD_ERR_LIMIT [1：0] 寄存器進行配置。

圖 3-1 看門狗錯誤計數器配置

 

 

4 .Debug Mode 和 FCCU 監測

4.1.Debug Mode 簡介

FS5600 提供了 Debug 模式，適用於系統啟動和/或開發。在調試模式下，存在以下限制：

• 深度故障安全狀態轉換已禁用
• 看門狗窗口持續時間被設置為無限

      要在調試模式下上電，請在 EN1 或 EN2 上升之前或 VIN 之前應用 VDDOTP_GPIO1 = 8V。在此條件下，FS5600 暫停上電並等待 VDDOTP_GPIO1 < 1V 後繼續在調試模式下上電。如果使用 GPIO1 功能的電壓水平較低，則請確保在 VDDOTP_GPIO1 總線上存在板級隔離。

保持 VDDOTP_GPIO1 為 8 V 時，可以發送以下 I2C 命令以打開對 OTP 鏡像寄存器的訪問：

SET_REG:FS5600:Functional:TM_ENTRY:0xD5A7

SET_REG:FS5600:Functional:TM_ENTRY:0xB8EE

SET_REG:FS5600:Functional:TM_ENTRY:0x0F37

以這種方式修改的鏡像寄存器將在 VDDOTP_GPIO <1V 時在上電時生效。

 

4.2.  FCCU 監測簡介

        FCCU 是"Fault Collection and Correction Unit" 的縮寫，即故障收集和修正單元，是一個檢測和處理微處理器模塊的錯誤和故障的模塊。FCCU 監測包括監測內存錯誤，總線錯誤，外設錯誤等，並能夠自動糾正錯誤或通知主機處理錯誤。

       通過 OTP，可以將 GPIO2 和 GPIO3 引腳分別配置為 FCCU1 和 FCCU2。 OTP_GPIO2_CFG [1：0] = 0b01 將 GPIO2 配置為 FCCU1，OTP_GPIO3_CFG [1：0] = 0b01 將 GPIO3 配置為 FCCU2。 FCCU1/2 輸入引腳負責監視來自 NXP MCU 或其他 MCU 的硬體故障輸出或其他錯誤輸出。 FCCU 可以通過一對或單獨的獨立輸入進行配置。當狀態機處於正常狀態時，對FCCU引腳的監視是活動的。

 

5.  E3110開發板 SBC FS56 原理圖設計

        E3110 開發板通過 SBC FS56 晶片的電源管理起到了降壓控制和降壓變換、應用了看門狗功能、Debug 調試、FCCU 監測等一系列安全功能，實現了 E3110 晶片各功能需求，可以說 SBC FS56 是 E3110 開發板的重要核心元器件。

圖 5-1 E3110 開發板 FS56 系統原理圖

 

如對此有更多需求，敬請聯繫世平集團 ATU 部門，atu.cn@wpi-group.com。

 

6.  參考文獻

[1] NXP 官網 FS5600 Product data sheet

[2] MFS5600AMMA7ES - NXP Standard

[3] 下載鏈接：https://www.nxp.com.cn/products/power-management/pmics-and-sbcs/safety-sbcs/automotive-dual-buck-regulator-and-controller-with-voltage-monitors-and-watchdog-timer:FS5600


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作者：Sandy Yang / 楊羽潔