系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（sbc，system basis chip），從廣義上來說，是一種包含電源、通信、監(jiān)控診斷、安全監(jiān)控等特性以及gpio的獨(dú)立芯片。0k9ednc

隨著汽車電子模塊的日益小型化，對低功耗和可靠性的要求越來越高。因此，sbc在汽車電子中的應(yīng)用也越來越多。本文將對sbc的以下內(nèi)容展開介紹：0k9ednc

1. 什么是sbc0k9ednc

2. 為什么使用sbc0k9ednc

3. sbc應(yīng)用在哪些地方0k9ednc

4. sbc的主要特性0k9ednc

圖1：sbc的系統(tǒng)框圖。0k9ednc

1. 什么是sbc

本文的開始介紹了sbc廣義上的意義。細(xì)致地來說，電源的構(gòu)成可以是線性電源或者開關(guān)電源；通信包含can、canfd以及l(fā)in；監(jiān)控診斷包括喚醒輸入、看門狗、復(fù)位、中斷，以及對電路診斷后的失效輸出，還有功能安全的一些特性（見圖1）。0k9ednc

2. 為什么使用sbc

汽車電子硬件設(shè)計(jì)中，電源、通信，包括一些監(jiān)控（例如看門狗/復(fù)位/定時器），都是通過多個電路來實(shí)現(xiàn)的。這不僅增加了電路設(shè)計(jì)的難度，也不利于在可靠性、系統(tǒng)成本、空間以及電路功耗等方面做出優(yōu)化提高。使用了sbc之后，由于sbc內(nèi)部高度集成了一個基本硬件系統(tǒng)模塊的基礎(chǔ)電路功能模塊（電源和通信），因此使得外部電路得以大大的簡化。這也就體現(xiàn)了sbc這類器件的強(qiáng)大優(yōu)勢，因此有了廣泛的使用。0k9ednc

3. sbc應(yīng)用在哪些地方

通過第2節(jié)的介紹可以看到，在動力系統(tǒng)、底盤和駕駛輔助、車身系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)以及混合動力及電驅(qū)動系統(tǒng)中，幾乎無處不見sbc，這也說明了這類器件強(qiáng)大的生命力和優(yōu)勢被廣泛接納的程度。0k9ednc

4. sbc的主要特性

4.1 sbc的通用特性

一般來說，sbc通常都具備以下的一些通用特性：0k9ednc

● 5v/3.3v的電源0k9ednc

● 至少一路can（can fd）0k9ednc

● 至少一路lin0k9ednc

● 外部喚醒輸入0k9ednc

● 看門狗功能0k9ednc

● 復(fù)位功能0k9ednc

● 通信接口0k9ednc

● 至少一路或多路的gpio口來實(shí)現(xiàn)故障輸出/喚醒/高邊開關(guān)/低邊開關(guān)0k9ednc

● 帶有喚醒功能的低功耗模式0k9ednc

從以上的特性來看，所謂的sbc中的“系統(tǒng)”，必須包含電源和通信部分，這也體現(xiàn)了叫做系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片名稱的由來。0k9ednc

電源是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此sbc中必須首先包含電源。一般來說，sbc的電流輸出能力都不是很大，主要是在100ma~150ma。這樣的電流輸出能力可以滿足大多數(shù)汽車電子中的微控制器的電流需求，從而可以把原本需要的外部電源集成到sbc內(nèi)部。其實(shí)電流輸出能力也可以做得更大一些，但考慮到功耗以及散熱問題，只要夠用就可以了。也有采用dc/dc的sbc把輸出電流做到了1.5a，用來給系統(tǒng)的主微控制器供電（例如nxp公司的mc34fs6408）。不過這類器件還是少數(shù)。通信部分也是sbc不可或缺的部分，帶有can、can fd和lin的接口也就成為了sbc的標(biāo)配。注意：有些半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品中會有多路can的sbc，同時也帶有l(wèi)in，這些都是為了適應(yīng)不同的系統(tǒng)需求開發(fā)出來的芯片。因?yàn)檫@些sbc中都包含有can，所以就用包含lin的數(shù)量來進(jìn)行簡單歸納（見圖2）。由于系統(tǒng)需要在待機(jī)的狀況下被喚醒，所以還需要有外部喚醒輸入，這樣可以讓模塊在待機(jī)下降低功耗和靜態(tài)電流。此外，sbc還有一些和安全有關(guān)的功能，例如看門狗和復(fù)位功能，都是可以由通信（一般是spi）來進(jìn)行配置和管理的，從而滿足安全的設(shè)計(jì)要求。0k9ednc

圖2：sbc芯片的簡單歸納。0k9ednc

4.2 sbc的一些特殊功能

除了第4.1節(jié)介紹的一些通用特性之外，一些sbc還具備特殊功能，例如電源管理和功能安全功能（例如nxp公司的uja1061tw）。0k9ednc

4.2.1 電源管理

電源管理在汽車電子設(shè)計(jì)中也是比較復(fù)雜的部分，因?yàn)橐紤]到多個子電路之間的狀態(tài)以及通信，還有如何控制不同子電路的供電。有了sbc后就可以比較簡單地處理這些難題，甚至可以用軟件來實(shí)現(xiàn)之前由硬件來完成的一些任務(wù)（例如定時器、周期性的喚醒芯片）。0k9ednc

電源管理功能主要包括：0k9ednc

● 智能的運(yùn)行模式和電源管理模式0k9ednc

● 在待機(jī)和睡眠模式下周期性喚醒的能力0k9ednc

● 具有周期性供電功能的本地喚醒輸入0k9ednc

● 通過總線遠(yuǎn)程喚醒的能力0k9ednc

● 外部電源可以很容易地集成在電源系統(tǒng)中0k9ednc

● 通過高邊開關(guān)驅(qū)動外部負(fù)載（例如繼電器和喚醒開關(guān)）0k9ednc

● 智能屏蔽中斷輸出0k9ednc

4.2.2 功能安全功能

功能安全功能是汽車電子對安全的日益增加而產(chǎn)生的，最早應(yīng)用在工業(yè)和航天領(lǐng)域。以下是功能安全功能的特性列表：0k9ednc

● 可預(yù)測在所有條件下的安全機(jī)制0k9ednc

● 可編程故障安全代碼窗口和帶片上振蕩器的超時看門狗，確保失效故障的自動系統(tǒng)監(jiān)控0k9ednc

● 16位spi接口微控制器的故障安全代碼0k9ednc

● 用于控制安全關(guān)鍵硬件的全局使能引腳0k9ednc

● 失效檢測和詳細(xì)報告0k9ednc

● 片上振蕩器的故障警報和看門狗警報0k9ednc

● 基于診斷的嚴(yán)格錯誤處理0k9ednc

● 23位可訪問和保護(hù)的ram，例如用于記錄周期性問題0k9ednc

● 在單個spi幀中報告消息，不需要用多個spi幀報告消息0k9ednc

● 跛行回家輸出信號，用于在系統(tǒng)進(jìn)入故障保護(hù)模式時激活硬件（例如打開警告燈）0k9ednc

● 在軟件開發(fā)模式和閃存模式下的失效安全代碼激活0k9ednc

● 唯一的spi可讀設(shè)備類型標(biāo)識0k9ednc

● 軟件啟動系統(tǒng)重啟0k9ednc

從以上的列表中可以體會到在需要使用sbc的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源管理和功能安全使得sbc的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致。這是因?yàn)樵谄霞上到y(tǒng)的時候，每個芯片都可以在開發(fā)的初期就考慮得非常細(xì)致和完整，從而不需要后期用分立的器件以及軟件代碼來實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括功能安全和電源管理等。因此，這類包含“特殊”功能的sbc發(fā)展成為獨(dú)立的一類，叫做功能安全sbc（functional safety sbc）。0k9ednc

綜上所述，除了我們介紹的這些sbc，還有一些它衍生出來的家族成員，例如迷你sbc（mini system basis chip）、lin迷你sbc（lin mini system basis chip），以及第4.2節(jié)介紹的功能安全sbc等。這些家族成員使得sbc成為一類具備強(qiáng)大生命力的器件。