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航芯方案 | 智能網聯汽車終端T-BOX應用方案

隨(sui)著5G時(shi)代(dai)的(de)到來，汽車(che)智能(neng)化、網聯(lian)化程度的(de)不斷提高，車(che)載終(zhong)端T-BOX作為(wei)車(che)輛與云端的(de)信(xin)息(xi)交(jiao)互點(dian)，扮演著重要的(de)角色。T-BOX的(de)升(sheng)級換代(dai)也(ye)為(wei)人(ren)們的(de)出行(xing)實現(xian)了(le)很多便利(li)，同時(shi)也(ye)帶(dai)來了(le)極大的(de)信(xin)息(xi)安全挑戰，必須嚴格保證其數(shu)據(ju)傳輸(shu)的(de)安全性、加密(mi)性、準確性，才能(neng)促進(jin)車(che)載終(zhong)端的(de)進(jin)一步(bu)發展。

本文將介紹T-BOX的主(zhu)要功能，以及基于上海航芯(xin)主(zhu)控芯(xin)片ACM32F403、安全芯(xin)片S6A/S6B的T-BOX應用方案。

什(shen)么(me)是T-BOX

車載(zai)T-Box英文全稱為Telematics-Box，是(shi)車載(zai)聯網通訊(xun)終(zhong)端，通過3G/4G/5G遠(yuan)程連接TSP(Telematics Service Provider，內容服務提供者)平(ping)臺實現(xian)車輛遠(yuan)程通訊(xun)及遠(yuan)程服務，如(ru)下圖(tu)所示（圖(tu)片(pian)來源(yuan)見水(shui)印）：

T-BOX的主要功能(neng)如(ru)下：

1. 數(shu)據采集和存儲(chu)：

T-BOX通過CAN接(jie)口接(jie)入DCAN總線，通過CAN網(wang)絡(luo)進(jin)行(xing)數據采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)。主要對(dui)整車信(xin)(xin)息(xi)(xi)、驅(qu)動電(dian)機信(xin)(xin)息(xi)(xi)、燃料(liao)電(dian)池信(xin)(xin)息(xi)(xi)、發(fa)動機數據、車輛位置信(xin)(xin)息(xi)(xi)等數據進(jin)行(xing)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)并解析。采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)信(xin)(xin)息(xi)(xi)后(hou)，T-BOX按(an)照(zhao)最(zui)大不超過30s時間間隔(ge)，將采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)到的(de)(de)實時數據保存(cun)(cun)在內部存(cun)(cun)儲介質中，若出現3級報警時，會按(an)照(zhao)最(zui)大不超過1s時間間隔(ge)保存(cun)(cun)。某些采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)的(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)(xi)經過處(chu)理會集(ji)(ji)(ji)中顯示(shi)在車載終端的(de)(de)顯示(shi)屏上，提升用戶(hu)體驗(yan)。

2. 遠程查詢和控制：

用戶(hu)可(ke)以通過(guo)手(shou)機APP可(ke)以實現遠程查詢車(che)(che)輛(liang)(liang)狀態(tai)，比如車(che)(che)輛(liang)(liang)燃油比例(li)，車(che)(che)窗(chuang)車(che)(che)門(men)關(guan)閉(bi)狀態(tai)，行(xing)駛里程等(deng)；還可(ke)以控(kong)(kong)制車(che)(che)門(men)開關(guan)、鳴笛閃燈、開啟空調、啟動發(fa)動機、車(che)(che)輛(liang)(liang)定位等(deng)。其運行(xing)流(liu)程是，首先(xian)用戶(hu)通過(guo)APP發(fa)送命令(ling)給TSP后臺(tai)，TSP后臺(tai)發(fa)出監控(kong)(kong)請求(qiu)指(zhi)令(ling)到車(che)(che)載T-BOX，車(che)(che)輛(liang)(liang)獲取控(kong)(kong)制命令(ling)后，通過(guo)CAN總(zong)線發(fa)送控(kong)(kong)制報文并實現對車(che)(che)輛(liang)(liang)的(de)控(kong)(kong)制，最后反(fan)饋操作結果(guo)到用戶(hu)的(de)手(shou)機APP上。

3. 近程控(kong)制：

近(jin)程(cheng)控制主要是服務于藍(lan)(lan)牙(ya)鑰(yao)匙的(de)操(cao)作，主要包(bao)含藍(lan)(lan)牙(ya)近(jin)程(cheng)尋車(che)、藍(lan)(lan)牙(ya)車(che)門開啟/關閉、藍(lan)(lan)牙(ya)后備箱解鎖、藍(lan)(lan)牙(ya)迎賓等。

4. 道路(lu)救援(yuan)：

這一項主要是針對行(xing)車(che)(che)安全而設(she)計的(de)，包(bao)含了路邊救援(yuan)(yuan)協助(zhu)、緊(jin)急救援(yuan)(yuan)求助(zhu)、車(che)(che)輛(liang)異動(dong)自(zi)動(dong)報警(jing)、車(che)(che)輛(liang)異常信(xin)(xin)(xin)息(xi)遠程自(zi)動(dong)上傳等服務(wu)。這些功(gong)能可以保(bao)障車(che)(che)主的(de)生(sheng)命安全，如碰撞自(zi)動(dong)求救功(gong)能，車(che)(che)輛(liang)碰撞觸發安全氣囊后，T-BOX會(hui)自(zi)動(dong)觸發乘用車(che)(che)客戶救援(yuan)(yuan)熱(re)線號(hao)碼，自(zi)動(dong)上傳車(che)(che)輛(liang)位(wei)置信(xin)(xin)(xin)息(xi)至后臺，同時后臺將發信(xin)(xin)(xin)息(xi)給(gei)所有(you)緊(jin)急聯系(xi)人(ren)，短信(xin)(xin)(xin)中包(bao)含事(shi)故位(wei)置信(xin)(xin)(xin)息(xi)，以及事(shi)件信(xin)(xin)(xin)息(xi)，讓事(shi)故車(che)(che)輛(liang)和(he)人(ren)員得到(dao)及時的(de)救援(yuan)(yuan)。

5. 遠程診(zhen)斷：

汽車(che)(che)(che)在啟動(dong)時，獲知(zhi)汽車(che)(che)(che)的(de)(de)故障(zhang)(zhang)信(xin)息，并(bing)把故障(zhang)(zhang)碼上(shang)傳至數據處理中心。系(xi)統(tong)在不打擾車(che)(che)(che)主(zhu)的(de)(de)情況下復檢(jian)故障(zhang)(zhang)信(xin)息。在確定(ding)故障(zhang)(zhang)后，并(bing)實施(shi)遠程(cheng)自(zi)動(dong)消除故障(zhang)(zhang)，無法消除的(de)(de)故障(zhang)(zhang)以(yi)(yi)短(duan)信(xin)方式發送給(gei)車(che)(che)(che)主(zhu)，使車(che)(che)(che)主(zhu)提前(qian)獲知(zhi)車(che)(che)(che)輛存在的(de)(de)故障(zhang)(zhang)信(xin)息，防范于未(wei)然。主(zhu)要包含(han)胎壓檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)、發動(dong)機(ji)管理系(xi)統(tong)、變速箱控制系(xi)統(tong)、輔(fu)助保護系(xi)統(tong)等自(zi)助診斷服務，及時反饋車(che)(che)(che)輛狀(zhuang)(zhuang)態(tai)報告（四門(men)開關(guan)(guan)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，后備箱開關(guan)(guan)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，四門(men)玻璃狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、發動(dong)機(ji)機(ji)艙(cang)蓋狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、駐車(che)(che)(che)標志等）以(yi)(yi)及遠程(cheng)儀(yi)表臺（燃油剩(sheng)余量(liang)、剩(sheng)余電量(liang)、可續航里(li)程(cheng)、總(zong)里(li)程(cheng)、百公里(li)油耗、車(che)(che)(che)輛停放(fang)位置、機(ji)油油量(liang)報警）。

6. 異(yi)常提(ti)醒：

車(che)輛異常報警、車(che)被拖(tuo)走報警、防盜報警、被盜車(che)輛跟蹤、安全證書校(xiao)驗等。

安(an)全芯片在T-BOX中的應用

隨(sui)著(zhu)車聯網概念(nian)的(de)(de)不斷深化和(he)(he)應用(yong)場(chang)景的(de)(de)不斷增加，T-BOX的(de)(de)角色也(ye)變得尤為(wei)特殊，不僅作為(wei)通訊終端要(yao)負(fu)責對(dui)外通訊，同時備份了一(yi)些重要(yao)的(de)(de)車輛數據和(he)(he)用(yong)戶(hu)身份信息(xi)，其安(an)全性越發(fa)的(de)(de)重要(yao)，如果其遭受網絡安(an)全威脅，不管是對(dui)公(gong)司(si)，還(huan)是對(dui)用(yong)戶(hu)的(de)(de)損失影響都(dou)將是巨大的(de)(de)。

根據EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一(yi)個(ge)由歐洲汽車相關(guan)(guan)企業聯(lian)合組織的(de)(de)關(guan)(guan)于車輛(liang)安(an)(an)(an)全(quan)的(de)(de)研(yan)究項目)發(fa)布的(de)(de)安(an)(an)(an)全(quan)芯片部(bu)署最佳(jia)實踐方案(an)里，我們可(ke)以(yi)看出(chu)T-BOX在車輛(liang)信(xin)息安(an)(an)(an)全(quan)中的(de)(de)重要(yao)(yao)程(cheng)度；國六(liu)標準中針對(dui)遠程(cheng)排放管(guan)理(li)車載(zai)終端(duan)(duan)的(de)(de)安(an)(an)(an)全(quan)方面也提出(chu)了要(yao)(yao)求，即車載(zai)終端(duan)(duan)存(cun)儲傳輸的(de)(de)數(shu)據應該是加密的(de)(de)，應采用(yong)非對(dui)稱加密算(suan)(suan)(suan)法，可(ke)使用(yong)SM2算(suan)(suan)(suan)法或(huo)RSA算(suan)(suan)(suan)法，并且需(xu)要(yao)(yao)采用(yong)硬件方式(shi)對(dui)私(si)鑰進(jin)行(xing)嚴格保(bao)護(hu)。

下圖是上(shang)海航(hang)芯的T-BOX應用方案(an)框圖：

模組(zu)負(fu)責應用(yong)層業務(wu)，也包(bao)括相關的文件系統(tong)、日(ri)志系統(tong)的管理(li)；MCU負(fu)責與電(dian)源管理(li)、網絡管理(li)等底層業務(wu)，中間通過SPI/ISO7816/UART等通訊方式(shi)進行數據(ju)交互，SE單元用(yong)于(yu)存(cun)儲敏感數據(ju)并對傳(chuan)輸的數據(ju)做加密處(chu)理(li)。

上海航芯 ACM32F403 主控(kong)芯片

ACM32F403芯(xin)片采用(yong)(yong)高性能(neng)內核，支(zhi)持Cortex-M33和Cortex-M4F指(zhi)令(ling)集。芯(xin)片內核支(zhi)持一整(zheng)套DSP指(zhi)令(ling)用(yong)(yong)于數字信(xin)號(hao)處理(li)(li)，支(zhi)持單精(jing)度FPU處理(li)(li)浮點數據，同時還支(zhi)持Memory ProtectionUnit（MPU）用(yong)(yong)于提升應用(yong)(yong)的安全性。

ACM32F403系(xi)列芯(xin)片最(zui)高(gao)工作頻率可(ke)達(da)180MHz，內(nei)嵌(qian)數學硬件加速，內(nei)置(zhi)最(zui)大512KB的eFlash和最(zui)大192KB SRAM。芯(xin)片集成了一個(ge)12位多通(tong)道(dao)2Msps高(gao)精度ADC、一個(ge)12位2通(tong)道(dao)的DAC、多達(da)3路運(yun)放(fang)、2路比較(jiao)器，集成了1個(ge)高(gao)級定(ding)時(shi)器，6個(ge)通(tong)用16位定(ding)時(shi)器，1個(ge)通(tong)用32位定(ding)時(shi)器，2個(ge)基(ji)本16位定(ding)時(shi)器，1個(ge)系(xi)統看門狗，1個(ge)獨(du)立看門狗，一個(ge)低功(gong)耗的實時(shi)鐘(zhong)（RTC），內(nei)置(zhi)多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等豐富的通(tong)訊外(wai)設，內(nei)建AES、CRC、TRNG等算法模塊。

上海航芯(xin) 安(an)全芯(xin)片(pian) S6A/S6B

S6A/S6B 車規級 ESAM 產品是上海航芯自主開發的安全模(mo)塊， 它是一個具有(you)操作系統(COS)的安全存取單元(yuan)，將其嵌入專用(yong)通用(yong)設備中(zhong)，完成數據的加(jia)密解密、雙(shuang)向身份認證(zheng)、訪問權限控制、通信線路保護(hu)、臨時(shi)密鑰導出(chu)、數據文件存儲(chu)等(deng)多種功能(neng)(neng)。專門針(zhen)對應(ying)用(yong)于汽(qi)車電子、車載智能(neng)(neng)終端(duan)、 汽(qi)車T-BOX通信、版權保護(hu)、收(shou)費系統等(deng)領域。

其主要特性如(ru)下所(suo)示：

? 安全芯片采(cai)用(yong) 32 位 CPU 核

? 支持國密 SM2、SM3、SM4 算法(fa)

? 用戶(hu)區數據存儲(chu)容(rong)量 10Kbytes，10 萬次擦寫次數

? 支持 ISO/IEC 7816 T=0 通(tong)信協議

? ISO/IEC 7816 接口時(shi)鐘(zhong)不高于 7.5MHz，支持多種波特率(lv)（外(wai)部時(shi)鐘(zhong)頻(pin)率(lv)3.57MHz 情況下，9.6kbps~111.6kbps）

? 支持 SPI 從接口(kou)，SPI 接口(kou) SCK 時鐘不高于(yu) 16MHz，默認(ren)支持 Mode 1 模(mo)式(shi)（CPOL=0，CPHA=1）

? 支持 8 字節唯一序列號

? 安全(quan)芯片達到國(guo)密二級認證級別

? 安全芯片達(da)到 EAL5+ 認(ren)證級別

? 符合車規級 AEC-Q100 Grade 1 認證(zheng)