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航芯方案 | 智能網聯汽車終端T-BOX應用方案
隨著(zhu)5G時代(dai)的(de)(de)(de)到來，汽車智能化、網聯化程(cheng)度的(de)(de)(de)不斷提高，車載(zai)終端(duan)T-BOX作為車輛(liang)與云端(duan)的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)交互點，扮演著(zhu)重要的(de)(de)(de)角(jiao)色。T-BOX的(de)(de)(de)升級換代(dai)也為人們的(de)(de)(de)出(chu)行(xing)實現了(le)很多便利，同時也帶來了(le)極(ji)大(da)的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)安(an)全挑戰，必須嚴格保證(zheng)其數(shu)據傳輸的(de)(de)(de)安(an)全性、加密性、準確(que)性，才能促進車載(zai)終端(duan)的(de)(de)(de)進一步發展。
本(ben)文將(jiang)介紹T-BOX的主要功能，以(yi)及基于(yu)上(shang)海航芯(xin)(xin)主控芯(xin)(xin)片ACM32F403、安全芯(xin)(xin)片S6A/S6B的T-BOX應用(yong)方案。
什(shen)么是T-BOX
車(che)載(zai)T-Box英文全稱為Telematics-Box，是車(che)載(zai)聯網通訊終端，通過3G/4G/5G遠(yuan)程連接(jie)TSP(Telematics Service Provider，內(nei)容服務提供者)平臺實(shi)現車(che)輛遠(yuan)程通訊及遠(yuan)程服務，如下圖(tu)所示（圖(tu)片來源見水印）：
T-BOX的主要功能(neng)如下：
1. 數據采(cai)集和存儲：
T-BOX通(tong)過CAN接口(kou)接入DCAN總線(xian)，通(tong)過CAN網絡(luo)進行(xing)(xing)數(shu)據(ju)采(cai)(cai)集。主要對整(zheng)車(che)(che)信息(xi)、驅(qu)動(dong)電機(ji)信息(xi)、燃料電池信息(xi)、發動(dong)機(ji)數(shu)據(ju)、車(che)(che)輛位置信息(xi)等數(shu)據(ju)進行(xing)(xing)采(cai)(cai)集并解析。采(cai)(cai)集信息(xi)后，T-BOX按照(zhao)最大不(bu)超過30s時(shi)(shi)間間隔(ge)，將采(cai)(cai)集到(dao)的實時(shi)(shi)數(shu)據(ju)保(bao)存在內(nei)部存儲(chu)介質(zhi)中(zhong)，若出現(xian)3級(ji)報警時(shi)(shi)，會按照(zhao)最大不(bu)超過1s時(shi)(shi)間間隔(ge)保(bao)存。某些(xie)采(cai)(cai)集的信息(xi)經過處理會集中(zhong)顯示在車(che)(che)載終端(duan)的顯示屏上(shang)，提升用戶體驗。
2. 遠程查(cha)詢和控制：
用戶可(ke)以通過(guo)手(shou)機APP可(ke)以實現(xian)遠程(cheng)查詢車(che)(che)輛(liang)狀態(tai)，比如車(che)(che)輛(liang)燃油比例，車(che)(che)窗車(che)(che)門關(guan)閉狀態(tai)，行駛里程(cheng)等；還可(ke)以控制(zhi)(zhi)車(che)(che)門開關(guan)、鳴(ming)笛閃燈、開啟空調、啟動發(fa)動機、車(che)(che)輛(liang)定(ding)位等。其運行流(liu)程(cheng)是，首先用戶通過(guo)APP發(fa)送(song)命令給TSP后臺(tai)，TSP后臺(tai)發(fa)出監控請求指令到車(che)(che)載T-BOX，車(che)(che)輛(liang)獲(huo)取(qu)控制(zhi)(zhi)命令后，通過(guo)CAN總線發(fa)送(song)控制(zhi)(zhi)報文并實現(xian)對車(che)(che)輛(liang)的(de)控制(zhi)(zhi)，最后反饋(kui)操作(zuo)結果到用戶的(de)手(shou)機APP上。
3. 近(jin)程控制(zhi)：
近程控制(zhi)主(zhu)要是(shi)服務于藍(lan)(lan)牙鑰匙的操(cao)作(zuo)，主(zhu)要包含藍(lan)(lan)牙近程尋車、藍(lan)(lan)牙車門開啟/關閉(bi)、藍(lan)(lan)牙后備箱解鎖、藍(lan)(lan)牙迎賓等。
4. 道路救援：
這(zhe)一項主(zhu)要是針對行車(che)安全而設計的，包含(han)了(le)路邊救(jiu)(jiu)援協助、緊急救(jiu)(jiu)援求助、車(che)輛(liang)異動(dong)(dong)自(zi)動(dong)(dong)報警、車(che)輛(liang)異常信息(xi)(xi)(xi)(xi)遠程自(zi)動(dong)(dong)上傳等服(fu)務。這(zhe)些功(gong)(gong)能(neng)可(ke)以保障車(che)主(zhu)的生(sheng)命(ming)安全，如碰撞自(zi)動(dong)(dong)求救(jiu)(jiu)功(gong)(gong)能(neng)，車(che)輛(liang)碰撞觸發(fa)安全氣囊后，T-BOX會自(zi)動(dong)(dong)觸發(fa)乘(cheng)用車(che)客戶救(jiu)(jiu)援熱線號碼，自(zi)動(dong)(dong)上傳車(che)輛(liang)位(wei)置信息(xi)(xi)(xi)(xi)至后臺，同時后臺將(jiang)發(fa)信息(xi)(xi)(xi)(xi)給所(suo)有(you)緊急聯(lian)系人(ren)，短信中包含(han)事故位(wei)置信息(xi)(xi)(xi)(xi)，以及事件信息(xi)(xi)(xi)(xi)，讓事故車(che)輛(liang)和人(ren)員得(de)到及時的救(jiu)(jiu)援。
5. 遠程診斷：
汽車(che)(che)在啟動時，獲(huo)知汽車(che)(che)的(de)故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)，并把故(gu)(gu)(gu)障碼上傳至數據處理中心(xin)。系(xi)(xi)(xi)統在不打擾車(che)(che)主(zhu)的(de)情況下復檢故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)。在確定故(gu)(gu)(gu)障后，并實施遠程(cheng)(cheng)自(zi)動消除(chu)故(gu)(gu)(gu)障，無(wu)法消除(chu)的(de)故(gu)(gu)(gu)障以短信(xin)方式發送給車(che)(che)主(zhu)，使車(che)(che)主(zhu)提前獲(huo)知車(che)(che)輛存在的(de)故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)，防(fang)范于未然(ran)。主(zhu)要(yao)包含胎壓(ya)檢測(ce)系(xi)(xi)(xi)統、發動機管理系(xi)(xi)(xi)統、變速箱(xiang)控制系(xi)(xi)(xi)統、輔助(zhu)保護系(xi)(xi)(xi)統等自(zi)助(zhu)診斷(duan)服務，及(ji)(ji)時反饋車(che)(che)輛狀(zhuang)(zhuang)態報(bao)告（四門開(kai)關狀(zhuang)(zhuang)態，后備箱(xiang)開(kai)關狀(zhuang)(zhuang)態，四門玻(bo)璃狀(zhuang)(zhuang)態、發動機機艙(cang)蓋狀(zhuang)(zhuang)態、駐車(che)(che)標志等）以及(ji)(ji)遠程(cheng)(cheng)儀表臺（燃油剩余(yu)量(liang)(liang)、剩余(yu)電量(liang)(liang)、可續航(hang)里程(cheng)(cheng)、總里程(cheng)(cheng)、百公里油耗、車(che)(che)輛停放位置(zhi)、機油油量(liang)(liang)報(bao)警）。
6. 異常提(ti)醒：
車輛(liang)異常報警、車被(bei)拖走報警、防盜報警、被(bei)盜車輛(liang)跟蹤、安全證(zheng)書校驗等。
安全芯片在T-BOX中(zhong)的應用
隨著車(che)(che)聯(lian)網(wang)概念的(de)不斷深化和(he)應(ying)用(yong)場(chang)景的(de)不斷增(zeng)加，T-BOX的(de)角色也變(bian)得尤為特殊，不僅(jin)作為通(tong)訊終(zhong)端要負(fu)責對(dui)(dui)外通(tong)訊，同時備份(fen)了(le)一些重(zhong)要的(de)車(che)(che)輛數據(ju)和(he)用(yong)戶(hu)身份(fen)信息，其安全(quan)性(xing)越發(fa)的(de)重(zhong)要，如果其遭受(shou)網(wang)絡安全(quan)威脅，不管是(shi)對(dui)(dui)公司，還是(shi)對(dui)(dui)用(yong)戶(hu)的(de)損(sun)失影響都(dou)將是(shi)巨大(da)的(de)。
根據EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一個由歐洲汽車(che)(che)(che)相關企業聯(lian)合組織(zhi)的(de)關于車(che)(che)(che)輛安(an)全的(de)研究項目)發(fa)布的(de)安(an)全芯片部署最佳實(shi)踐(jian)方(fang)案里，我們可(ke)以看出T-BOX在車(che)(che)(che)輛信息安(an)全中的(de)重要程度(du)；國六標準中針對遠(yuan)程排(pai)放管(guan)理車(che)(che)(che)載終(zhong)端的(de)安(an)全方(fang)面也提(ti)出了(le)要求，即車(che)(che)(che)載終(zhong)端存儲傳輸的(de)數據應該是(shi)加(jia)(jia)密(mi)的(de)，應采(cai)(cai)用(yong)非對稱加(jia)(jia)密(mi)算法(fa)，可(ke)使用(yong)SM2算法(fa)或(huo)RSA算法(fa)，并且需要采(cai)(cai)用(yong)硬件方(fang)式對私鑰進行嚴格保護。
下圖是上海航芯的T-BOX應用方案框圖：
模組負責應(ying)用層(ceng)業務，也包括相(xiang)關的(de)文(wen)件系統、日志系統的(de)管理；MCU負責與(yu)電源管理、網絡管理等底層(ceng)業務，中間通過SPI/ISO7816/UART等通訊方式(shi)進行數據交互，SE單(dan)元用于存儲敏(min)感數據并對傳(chuan)輸(shu)的(de)數據做加密處理。
上海(hai)航(hang)芯(xin) ACM32F403 主控(kong)芯(xin)片
ACM32F403芯(xin)片(pian)采(cai)用高(gao)性能(neng)內核，支(zhi)持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集(ji)。芯(xin)片(pian)內核支(zhi)持一(yi)整套DSP指令用于數字信號處理，支(zhi)持單精(jing)度FPU處理浮點(dian)數據，同時還(huan)支(zhi)持Memory ProtectionUnit（MPU）用于提(ti)升應(ying)用的安全性。
ACM32F403系列芯(xin)片(pian)最(zui)高工作頻率(lv)可達180MHz，內嵌數(shu)學(xue)硬件加速(su)，內置最(zui)大512KB的eFlash和最(zui)大192KB SRAM。芯(xin)片(pian)集成(cheng)了一(yi)個(ge)(ge)12位(wei)多(duo)通(tong)道(dao)2Msps高精度ADC、一(yi)個(ge)(ge)12位(wei)2通(tong)道(dao)的DAC、多(duo)達3路(lu)運放、2路(lu)比較器(qi)，集成(cheng)了1個(ge)(ge)高級定(ding)時(shi)(shi)器(qi)，6個(ge)(ge)通(tong)用16位(wei)定(ding)時(shi)(shi)器(qi)，1個(ge)(ge)通(tong)用32位(wei)定(ding)時(shi)(shi)器(qi)，2個(ge)(ge)基本16位(wei)定(ding)時(shi)(shi)器(qi)，1個(ge)(ge)系統看(kan)門狗(gou)，1個(ge)(ge)獨立看(kan)門狗(gou)，一(yi)個(ge)(ge)低功耗的實時(shi)(shi)鐘（RTC），內置多(duo)路(lu)UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速(su)USB等豐(feng)富的通(tong)訊外設，內建AES、CRC、TRNG等算法模塊(kuai)。
上海航芯 安全(quan)芯片 S6A/S6B
S6A/S6B 車規級 ESAM 產品是(shi)上(shang)海(hai)航(hang)芯(xin)自主開發(fa)的安全(quan)模塊， 它是(shi)一個具(ju)有(you)操作系統(COS)的安全(quan)存取單元，將其嵌入專(zhuan)用通用設備中，完成數(shu)據(ju)的加密(mi)解密(mi)、雙向(xiang)身份(fen)認證、訪問(wen)權限控制、通信線路(lu)保護(hu)、臨(lin)時密(mi)鑰導(dao)出、數(shu)據(ju)文件存儲等多種功(gong)能(neng)。專(zhuan)門針對應(ying)用于汽車電子、車載智能(neng)終端、 汽車T-BOX通信、版(ban)權保護(hu)、收費系統等領域。
其主要(yao)特性如下所示：
? 安全芯片采(cai)用 32 位 CPU 核
? 支持國密 SM2、SM3、SM4 算法
? 用(yong)戶區數(shu)據存儲(chu)容量 10Kbytes，10 萬次擦寫次數(shu)
? 支持(chi) ISO/IEC 7816 T=0 通信協議
? ISO/IEC 7816 接口時鐘(zhong)不(bu)高于 7.5MHz，支持多種(zhong)波(bo)特率（外部時鐘(zhong)頻率3.57MHz 情(qing)況下(xia)，9.6kbps~111.6kbps）
? 支(zhi)持 SPI 從(cong)接口，SPI 接口 SCK 時鐘不高于 16MHz，默認(ren)支(zhi)持 Mode 1 模(mo)式（CPOL=0，CPHA=1）
? 支(zhi)持 8 字節(jie)唯(wei)一序(xu)列(lie)號
? 安全(quan)芯(xin)片達到國密二級(ji)認證級(ji)別
? 安全芯片達到 EAL5+ 認證級別
? 符合車(che)規級 AEC-Q100 Grade 1 認證
