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航芯方案 | 智能網聯汽車終端T-BOX應用方案

隨著5G時代的(de)到來，汽車智(zhi)能化、網(wang)聯(lian)化程(cheng)度的(de)不斷提高(gao)，車載(zai)終端T-BOX作為(wei)車輛與云端的(de)信息交互(hu)點(dian)，扮演著重要的(de)角色。T-BOX的(de)升級換代也為(wei)人們的(de)出(chu)行實現了很多便利(li)，同(tong)時也帶(dai)來了極大的(de)信息安全挑戰(zhan)，必須(xu)嚴(yan)格保(bao)證(zheng)其(qi)數(shu)據傳(chuan)輸的(de)安全性、加密性、準確性，才能促進(jin)車載(zai)終端的(de)進(jin)一步發展。

本文將(jiang)介紹T-BOX的(de)主(zhu)要(yao)功能，以及基于(yu)上海航芯(xin)(xin)主(zhu)控芯(xin)(xin)片ACM32F403、安全芯(xin)(xin)片S6A/S6B的(de)T-BOX應用方案。

什(shen)么(me)是(shi)T-BOX

車載T-Box英文全(quan)稱(cheng)為Telematics-Box，是車載聯網(wang)通(tong)訊終(zhong)端(duan)，通(tong)過3G/4G/5G遠程連接TSP(Telematics Service Provider，內容服務(wu)提(ti)供(gong)者)平臺實(shi)現車輛(liang)遠程通(tong)訊及遠程服務(wu)，如下(xia)圖所(suo)示(shi)（圖片(pian)來源見(jian)水印）：

T-BOX的主要功(gong)能(neng)如(ru)下：

1. 數據采(cai)集和存儲：

T-BOX通過(guo)CAN接(jie)口接(jie)入DCAN總(zong)線，通過(guo)CAN網(wang)絡(luo)進(jin)行數(shu)(shu)據(ju)(ju)采集。主要對整車信息(xi)(xi)(xi)、驅動(dong)電機(ji)信息(xi)(xi)(xi)、燃料電池信息(xi)(xi)(xi)、發(fa)動(dong)機(ji)數(shu)(shu)據(ju)(ju)、車輛位置(zhi)信息(xi)(xi)(xi)等數(shu)(shu)據(ju)(ju)進(jin)行采集并(bing)解析(xi)。采集信息(xi)(xi)(xi)后，T-BOX按照(zhao)最大不超過(guo)30s時間間隔(ge)，將采集到的實時數(shu)(shu)據(ju)(ju)保存在內部存儲介質(zhi)中，若出現3級報警時，會(hui)按照(zhao)最大不超過(guo)1s時間間隔(ge)保存。某些采集的信息(xi)(xi)(xi)經過(guo)處理會(hui)集中顯示在車載終端(duan)的顯示屏上(shang)，提升(sheng)用戶體驗。

2. 遠程查詢和(he)控制：

用戶(hu)可(ke)以通過手機APP可(ke)以實現遠程(cheng)查詢車(che)(che)輛(liang)狀態，比如車(che)(che)輛(liang)燃油比例(li)，車(che)(che)窗車(che)(che)門關(guan)(guan)閉(bi)狀態，行(xing)駛里程(cheng)等；還可(ke)以控制車(che)(che)門開關(guan)(guan)、鳴笛閃燈、開啟空調、啟動發動機、車(che)(che)輛(liang)定(ding)位(wei)等。其運(yun)行(xing)流程(cheng)是，首先用戶(hu)通過APP發送命令(ling)給TSP后(hou)臺(tai)，TSP后(hou)臺(tai)發出監(jian)控請(qing)求指令(ling)到車(che)(che)載(zai)T-BOX，車(che)(che)輛(liang)獲取控制命令(ling)后(hou)，通過CAN總(zong)線發送控制報(bao)文(wen)并實現對(dui)車(che)(che)輛(liang)的(de)控制，最后(hou)反饋操作結果到用戶(hu)的(de)手機APP上。

3. 近程控制(zhi)：

近(jin)(jin)程(cheng)(cheng)控制主(zhu)要是服務(wu)于藍(lan)牙(ya)鑰匙的操作(zuo)，主(zhu)要包含藍(lan)牙(ya)近(jin)(jin)程(cheng)(cheng)尋車(che)、藍(lan)牙(ya)車(che)門開啟(qi)/關閉、藍(lan)牙(ya)后備箱解鎖(suo)、藍(lan)牙(ya)迎賓等。

4. 道路救援：

這一項主(zhu)要(yao)是針(zhen)對行(xing)車(che)安全(quan)(quan)(quan)而(er)設計的，包含了路邊(bian)救(jiu)(jiu)援(yuan)(yuan)協(xie)助、緊急救(jiu)(jiu)援(yuan)(yuan)求(qiu)助、車(che)輛異動(dong)(dong)(dong)自(zi)動(dong)(dong)(dong)報警、車(che)輛異常信(xin)(xin)息(xi)(xi)遠程(cheng)自(zi)動(dong)(dong)(dong)上傳等服務(wu)。這些功能(neng)可以保障(zhang)車(che)主(zhu)的生命安全(quan)(quan)(quan)，如碰(peng)(peng)撞自(zi)動(dong)(dong)(dong)求(qiu)救(jiu)(jiu)功能(neng)，車(che)輛碰(peng)(peng)撞觸發安全(quan)(quan)(quan)氣囊(nang)后，T-BOX會自(zi)動(dong)(dong)(dong)觸發乘用車(che)客戶(hu)救(jiu)(jiu)援(yuan)(yuan)熱(re)線號碼，自(zi)動(dong)(dong)(dong)上傳車(che)輛位置信(xin)(xin)息(xi)(xi)至后臺，同時(shi)后臺將發信(xin)(xin)息(xi)(xi)給所有(you)緊急聯系人，短(duan)信(xin)(xin)中包含事(shi)故位置信(xin)(xin)息(xi)(xi)，以及事(shi)件信(xin)(xin)息(xi)(xi)，讓事(shi)故車(che)輛和(he)人員得到及時(shi)的救(jiu)(jiu)援(yuan)(yuan)。

5. 遠程診斷：

汽車在(zai)(zai)(zai)啟動(dong)時，獲知汽車的故(gu)障信(xin)息(xi)，并(bing)把故(gu)障碼上傳至數據處理中(zhong)心。系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)在(zai)(zai)(zai)不打擾車主的情況(kuang)下復檢故(gu)障信(xin)息(xi)。在(zai)(zai)(zai)確(que)定故(gu)障后，并(bing)實施遠程(cheng)(cheng)自動(dong)消除(chu)故(gu)障，無(wu)法消除(chu)的故(gu)障以短信(xin)方式發(fa)送給車主，使車主提前獲知車輛存在(zai)(zai)(zai)的故(gu)障信(xin)息(xi)，防(fang)范于未(wei)然。主要包(bao)含胎(tai)壓(ya)檢測系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)、發(fa)動(dong)機管理系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)、變速箱(xiang)控制系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)、輔助保護系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)等(deng)自助診斷服務，及(ji)(ji)時反(fan)饋(kui)車輛狀態(tai)報(bao)告（四(si)門(men)開關(guan)狀態(tai)，后備箱(xiang)開關(guan)狀態(tai)，四(si)門(men)玻璃狀態(tai)、發(fa)動(dong)機機艙蓋狀態(tai)、駐車標(biao)志等(deng)）以及(ji)(ji)遠程(cheng)(cheng)儀表臺（燃油(you)(you)剩(sheng)余(yu)量(liang)、剩(sheng)余(yu)電(dian)量(liang)、可續航(hang)里(li)程(cheng)(cheng)、總(zong)里(li)程(cheng)(cheng)、百公里(li)油(you)(you)耗、車輛停(ting)放位置、機油(you)(you)油(you)(you)量(liang)報(bao)警）。

6. 異常提醒：

車輛(liang)異常報警、車被拖走報警、防盜報警、被盜車輛(liang)跟蹤、安(an)全證(zheng)書校(xiao)驗等。

安全芯(xin)片在T-BOX中的應用

隨著車聯網概念的(de)(de)不斷(duan)深(shen)化和(he)應(ying)用(yong)場景的(de)(de)不斷(duan)增(zeng)加，T-BOX的(de)(de)角色也變得(de)尤為特殊(shu)，不僅作為通訊終端要負責對外通訊，同時備份了一些重要的(de)(de)車輛(liang)數據和(he)用(yong)戶(hu)身份信息，其(qi)安全性越發的(de)(de)重要，如果其(qi)遭受網絡安全威脅(xie)，不管是對公司，還(huan)是對用(yong)戶(hu)的(de)(de)損失影(ying)響都(dou)將是巨大的(de)(de)。

根據(ju)EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一個由歐洲汽車相關(guan)企業(ye)聯(lian)合組織的關(guan)于車輛安(an)全(quan)的研究項目)發布的安(an)全(quan)芯片(pian)部署最佳實踐方案里(li)，我(wo)們可以看(kan)出T-BOX在車輛信息安(an)全(quan)中的重要程(cheng)度(du)；國六標準中針(zhen)對(dui)遠程(cheng)排放管理(li)車載終(zhong)端的安(an)全(quan)方面也提出了要求，即(ji)車載終(zhong)端存(cun)儲傳輸的數(shu)據(ju)應該是加密的，應采用非對(dui)稱加密算(suan)法(fa)，可使用SM2算(suan)法(fa)或(huo)RSA算(suan)法(fa)，并且需要采用硬件方式(shi)對(dui)私(si)鑰進行嚴格保護。

下(xia)圖是上(shang)海航芯的T-BOX應(ying)用方案框圖：

模組負責(ze)應用(yong)層(ceng)業(ye)務(wu)，也包(bao)括相(xiang)關的文件系統(tong)、日志系統(tong)的管(guan)理；MCU負責(ze)與電源管(guan)理、網絡(luo)管(guan)理等底層(ceng)業(ye)務(wu)，中間通過(guo)SPI/ISO7816/UART等通訊方式進行數(shu)據交互(hu)，SE單元用(yong)于存儲敏感數(shu)據并對傳(chuan)輸的數(shu)據做加密(mi)處理。

上海航(hang)芯(xin)(xin) ACM32F403 主控芯(xin)(xin)片

ACM32F403芯片采用(yong)高性能內(nei)核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片內(nei)核支持一整套(tao)DSP指令用(yong)于數字信號(hao)處理(li)，支持單(dan)精度FPU處理(li)浮點(dian)數據，同(tong)時還支持Memory ProtectionUnit（MPU）用(yong)于提(ti)升應用(yong)的安全性。

ACM32F403系列(lie)芯(xin)片(pian)最高(gao)(gao)工作頻率可達180MHz，內(nei)嵌數學硬件加(jia)速，內(nei)置最大(da)512KB的(de)(de)eFlash和最大(da)192KB SRAM。芯(xin)片(pian)集(ji)(ji)成了(le)一(yi)(yi)個(ge)(ge)12位(wei)多通(tong)道(dao)2Msps高(gao)(gao)精度(du)ADC、一(yi)(yi)個(ge)(ge)12位(wei)2通(tong)道(dao)的(de)(de)DAC、多達3路運(yun)放、2路比較器(qi)(qi)，集(ji)(ji)成了(le)1個(ge)(ge)高(gao)(gao)級定(ding)(ding)時(shi)器(qi)(qi)，6個(ge)(ge)通(tong)用16位(wei)定(ding)(ding)時(shi)器(qi)(qi)，1個(ge)(ge)通(tong)用32位(wei)定(ding)(ding)時(shi)器(qi)(qi)，2個(ge)(ge)基本(ben)16位(wei)定(ding)(ding)時(shi)器(qi)(qi)，1個(ge)(ge)系統看(kan)門狗，1個(ge)(ge)獨立(li)看(kan)門狗，一(yi)(yi)個(ge)(ge)低功耗的(de)(de)實時(shi)鐘（RTC），內(nei)置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等(deng)豐富的(de)(de)通(tong)訊外設，內(nei)建AES、CRC、TRNG等(deng)算法(fa)模塊。

上海航芯(xin) 安全芯(xin)片(pian) S6A/S6B

S6A/S6B 車(che)(che)規級 ESAM 產(chan)品是上海航芯自主開發的安全模塊， 它(ta)是一(yi)個(ge)具有(you)操作系(xi)統(tong)(tong)(COS)的安全存(cun)取(qu)單元，將其嵌入專用(yong)通用(yong)設(she)備中，完成數據的加密(mi)解(jie)密(mi)、雙向身(shen)份認證、訪問權限控(kong)制、通信線路保護、臨時密(mi)鑰導(dao)出、數據文件存(cun)儲(chu)等多種(zhong)功能(neng)(neng)。專門(men)針對應用(yong)于(yu)汽車(che)(che)電子、車(che)(che)載智(zhi)能(neng)(neng)終端、 汽車(che)(che)T-BOX通信、版權保護、收(shou)費系(xi)統(tong)(tong)等領(ling)域。

其主要特性如下所示：

? 安全芯片采(cai)用 32 位 CPU 核(he)

? 支持國密 SM2、SM3、SM4 算法

? 用戶區數據(ju)存儲容量 10Kbytes，10 萬次(ci)(ci)擦(ca)寫次(ci)(ci)數

? 支持(chi) ISO/IEC 7816 T=0 通信協議

? ISO/IEC 7816 接(jie)口(kou)時鐘(zhong)不高于 7.5MHz，支(zhi)持多種波特率(lv)（外部時鐘(zhong)頻率(lv)3.57MHz 情況下，9.6kbps~111.6kbps）

? 支持 SPI 從接(jie)口，SPI 接(jie)口 SCK 時鐘不高于 16MHz，默認支持 Mode 1 模式（CPOL=0，CPHA=1）

? 支持 8 字(zi)節唯一序列號

? 安全芯片達到(dao)國密二級認證級別(bie)

? 安全(quan)芯片達到 EAL5+ 認證級別

? 符(fu)合車規級 AEC-Q100 Grade 1 認(ren)證