一、概述
NXP 推出的 S32K3 系列 MCU 是針對汽車應用的高性能車規級 MCU，該系列晶片最高支持 ASIL-D 等級的功能安全，廣泛應用於汽車BMS、底盤控制器、車身控制器等汽車應用中，本文將給大家介紹下 S32K3 晶片中的 STCU2 模塊，即自檢控制單元，該模塊是實現功能安全的主要模塊之一，該模塊主要用於實現對晶片內部的邏輯單元和內存單元進行自檢，下文將重點介紹這個模塊的功能。
二、主要特性
STCU2 模塊主要包括 MBIST 和 LBIST 兩大功能，LBIST 主要針對邏輯電路，而 MBIST 主要針對存儲器。
STCU2 模塊主要包括以下特性：
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可控制 LBIST/MBIST 的並發或順序執行
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可編程的 LBIST 延遲並發啟動
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可編程的內部時鐘預分頻器，用於降低內部時鐘和 LBIST 時鐘的頻率
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BIST 序列執行過程會對 PLL Lock 信號進行監控
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支持可編程的 BIST 序列執行看門狗定時器，可以設置 BIST 序列執行的最大時間
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支持可編程的寄存器寫訪問看門狗定時器，可以設置寄存器解鎖後允許進行寫訪問的最大時間
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BIST 自檢是否通過可以通過寄存器進行讀取
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BIST 內部的錯誤狀態可以通過寄存器進行讀取
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支持當檢測到錯誤時向 FCCU 模塊進行報告
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支持冗餘的可恢復和不可恢復的故障生成邏輯，以提高可靠性
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支持全局的寄存器寫保護機制，需要提供兩個安全密鑰才可訪問
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當檢測到看門狗定時器超時時，在 BIST 序列完成後自動進入全局省電模式
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當軟體解鎖 STCU2 的寄存器以進行寫訪問時，看門狗時鐘自動喚醒
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當固定的寄存器寫入訪問看門狗定時器超時時，看門狗自動進入省電模式
三、功能描述
STCU2 模塊的框圖如下：
圖 3.1 STCU2 模塊內部框圖
STCU2 模塊內部有三個狀態機，分別是:
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Master FSM
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Loader Shifter FSM
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WDG FSM
Master FSM 狀態機是 STCU2 的核心單元，其主要負責協調所有的自檢操作以及其它狀態機，Loader Shifter FSM 主要用於對 MBIST 和 LBIST 的參數進行編程，並根據存儲在 STCU2 寄存器中的參數、在 Master FSM 的控制下獲取相關測試結果。WDG FSM 則用於評估 MBIST 和 LBIST 的所有調度時間，以及在 STCU2 編程錯誤的情況下判斷是否超時。
LBIST 和 MBIST 的執行時間可以在 STCU2 Watchdog Granularity 寄存器中進行配置，配置值總共是 32 位，例如配置為 1 ，則表示超時時間為：（1+1）* 16 = 32 個 STCU2 的時鐘周期（通常為 40MHz），即 0.8 us，用戶應根據實際自檢序列的執行時間進行配置，一般情況下 BIST 執行的時間是低於 10 ms，約為 5.8 ms 左右，當在配置的時間內，LBIST 或這 MBIST 序列還沒有完成則會停止序列的執行並且在 ERR_STAT[WDTOSW] 位進行置位，標記為看門狗超時。
圖 3.2 STCU2 Watchdog Granularity 寄存器描述
S32K3 的 LBIST 只有一個分區，MBIST 則分成 12 個分區，如果自檢配置為順序執行，則會按照每個分區順序執行下去，執行的順序可以通過寄存器進行配置。其中 STCU2 的配置寄存器中的 PTR 域（bit 21~30）可以配置第一個運行的分區。0x0 代表 LBIST 的分區 0,0x80 代表 MBIST 的分區 0，0x81 代表 MBIST 的分區 1，以此類推，0x3ff 則表示沒有 BIST 執行。其它值則是非法的，有非法值存在則 ERR_STAT 寄存器的 INVPSW 位會置位。
圖 3.3 STCU2 配置寄存器描述
每個 BIST 分區都有一個控制寄存器進行配置，分別為 LB_CTRL0 和 MB_CTRL0~18 寄存器，這些寄存器中可以配置當前分區自檢完成後需要執行的下一個分區，可通過 PTR 域進行配置，具體如何配置跟 STCU2 的配置寄存器的使用一樣，在此不在贅述。
圖 3.4 STCU2 MBIST 控制寄存器描述
四、參考資料
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《S32K3XXRM.pdf》，Rev 9，2024.07