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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(shi)(shi)代(dai)的(de)(de)(de)到來，汽車(che)(che)智能化(hua)、網聯化(hua)程(cheng)度的(de)(de)(de)不斷提高，車(che)(che)載終(zhong)端T-BOX作為車(che)(che)輛(liang)與云端的(de)(de)(de)信息交互點，扮演著重要的(de)(de)(de)角色。T-BOX的(de)(de)(de)升級換(huan)代(dai)也為人(ren)們的(de)(de)(de)出(chu)行實(shi)現了(le)(le)很多便利，同時(shi)(shi)也帶(dai)來了(le)(le)極大(da)的(de)(de)(de)信息安全挑戰，必須(xu)嚴格(ge)保證其數據傳(chuan)輸的(de)(de)(de)安全性、加(jia)密(mi)性、準確性，才(cai)能促進(jin)車(che)(che)載終(zhong)端的(de)(de)(de)進(jin)一步發展(zhan)。

本文將介紹(shao)T-BOX的主要功能，以及基(ji)于上海航芯主控芯片(pian)ACM32F403、安全芯片(pian)S6A/S6B的T-BOX應用方案。

什么是T-BOX

車(che)載T-Box英文全稱為(wei)Telematics-Box，是(shi)車(che)載聯網通訊終端，通過3G/4G/5G遠(yuan)(yuan)程(cheng)連接TSP(Telematics Service Provider，內容服(fu)務提供(gong)者)平臺實現車(che)輛遠(yuan)(yuan)程(cheng)通訊及遠(yuan)(yuan)程(cheng)服(fu)務，如下圖所示（圖片來源見(jian)水(shui)印）：

T-BOX的主要功能如下：

1. 數據采集和存儲：

T-BOX通過(guo)CAN接(jie)口(kou)接(jie)入DCAN總線，通過(guo)CAN網絡進行數(shu)(shu)(shu)據(ju)采集。主要對整(zheng)車信息、驅動(dong)電機信息、燃(ran)料電池信息、發(fa)動(dong)機數(shu)(shu)(shu)據(ju)、車輛(liang)位置信息等數(shu)(shu)(shu)據(ju)進行采集并解析。采集信息后，T-BOX按照最(zui)大不超(chao)過(guo)30s時(shi)(shi)間間隔(ge)，將采集到的(de)實時(shi)(shi)數(shu)(shu)(shu)據(ju)保存在內部存儲介(jie)質中，若(ruo)出現(xian)3級報警時(shi)(shi)，會按照最(zui)大不超(chao)過(guo)1s時(shi)(shi)間間隔(ge)保存。某些采集的(de)信息經過(guo)處理會集中顯示在車載終(zhong)端(duan)的(de)顯示屏上，提(ti)升用戶體驗。

2. 遠(yuan)程查詢和控制：

用戶(hu)(hu)可以通(tong)過(guo)手(shou)機(ji)APP可以實現(xian)遠程查(cha)詢車(che)(che)(che)輛狀態，比(bi)如(ru)車(che)(che)(che)輛燃油比(bi)例，車(che)(che)(che)窗車(che)(che)(che)門(men)關閉狀態，行(xing)駛里程等(deng)；還可以控制車(che)(che)(che)門(men)開關、鳴笛閃燈、開啟(qi)(qi)空調、啟(qi)(qi)動發動機(ji)、車(che)(che)(che)輛定位等(deng)。其運行(xing)流(liu)程是，首(shou)先用戶(hu)(hu)通(tong)過(guo)APP發送命令(ling)(ling)給TSP后(hou)(hou)臺(tai)，TSP后(hou)(hou)臺(tai)發出監控請求指令(ling)(ling)到(dao)車(che)(che)(che)載T-BOX，車(che)(che)(che)輛獲取控制命令(ling)(ling)后(hou)(hou)，通(tong)過(guo)CAN總線發送控制報文(wen)并實現(xian)對車(che)(che)(che)輛的(de)(de)控制，最后(hou)(hou)反饋操(cao)作結果到(dao)用戶(hu)(hu)的(de)(de)手(shou)機(ji)APP上。

3. 近(jin)程(cheng)控制：

近(jin)程控(kong)制主(zhu)要是服務于藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)鑰匙的操作，主(zhu)要包(bao)含藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)近(jin)程尋車(che)、藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)車(che)門開啟/關閉、藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)后備箱(xiang)解鎖、藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)迎賓等。

4. 道路(lu)救援：

這(zhe)一項主要是針對行車(che)(che)(che)安(an)全而設計的(de)，包含(han)了路邊(bian)救援協助、緊急救援求助、車(che)(che)(che)輛異(yi)動(dong)自動(dong)報警(jing)、車(che)(che)(che)輛異(yi)常信(xin)(xin)(xin)(xin)息遠程自動(dong)上(shang)傳(chuan)等服務。這(zhe)些功能(neng)可以(yi)(yi)保障車(che)(che)(che)主的(de)生命(ming)安(an)全，如碰撞自動(dong)求救功能(neng)，車(che)(che)(che)輛碰撞觸(chu)發(fa)安(an)全氣囊(nang)后，T-BOX會(hui)自動(dong)觸(chu)發(fa)乘用車(che)(che)(che)客戶救援熱(re)線(xian)號碼，自動(dong)上(shang)傳(chuan)車(che)(che)(che)輛位(wei)置信(xin)(xin)(xin)(xin)息至后臺，同時后臺將發(fa)信(xin)(xin)(xin)(xin)息給所有緊急聯系人(ren)，短信(xin)(xin)(xin)(xin)中包含(han)事(shi)故位(wei)置信(xin)(xin)(xin)(xin)息，以(yi)(yi)及事(shi)件信(xin)(xin)(xin)(xin)息，讓事(shi)故車(che)(che)(che)輛和人(ren)員得到及時的(de)救援。

5. 遠程診斷：

汽(qi)車(che)(che)(che)在(zai)(zai)啟動(dong)時，獲(huo)知汽(qi)車(che)(che)(che)的故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)(xi)，并把故(gu)(gu)(gu)障碼上傳(chuan)至數據處理中心。系(xi)(xi)統(tong)(tong)在(zai)(zai)不打擾(rao)車(che)(che)(che)主的情況下復檢(jian)故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)(xi)。在(zai)(zai)確定故(gu)(gu)(gu)障后(hou)，并實施遠程自動(dong)消除故(gu)(gu)(gu)障，無法消除的故(gu)(gu)(gu)障以短信(xin)方式(shi)發送(song)給車(che)(che)(che)主，使車(che)(che)(che)主提前獲(huo)知車(che)(che)(che)輛存在(zai)(zai)的故(gu)(gu)(gu)障信(xin)息(xi)(xi)，防(fang)范于未然(ran)。主要包含胎壓檢(jian)測系(xi)(xi)統(tong)(tong)、發動(dong)機管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)(tong)、變速箱控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、輔助保護系(xi)(xi)統(tong)(tong)等(deng)自助診斷服務，及時反饋(kui)車(che)(che)(che)輛狀(zhuang)態(tai)報告（四門(men)開(kai)關(guan)(guan)狀(zhuang)態(tai)，后(hou)備箱開(kai)關(guan)(guan)狀(zhuang)態(tai)，四門(men)玻璃狀(zhuang)態(tai)、發動(dong)機機艙蓋(gai)狀(zhuang)態(tai)、駐車(che)(che)(che)標志等(deng)）以及遠程儀表(biao)臺（燃油剩余(yu)量(liang)、剩余(yu)電量(liang)、可(ke)續航里(li)程、總里(li)程、百公里(li)油耗、車(che)(che)(che)輛停(ting)放位(wei)置、機油油量(liang)報警）。

6. 異常(chang)提醒：

車輛異常(chang)報警(jing)、車被(bei)拖走報警(jing)、防(fang)盜報警(jing)、被(bei)盜車輛跟蹤(zong)、安全證書校驗等(deng)。

安全芯片在T-BOX中的(de)應用

隨著車聯網概念的(de)不(bu)斷(duan)深化和(he)應用(yong)場景(jing)的(de)不(bu)斷(duan)增加，T-BOX的(de)角色也變得(de)尤(you)為(wei)特殊(shu)，不(bu)僅作(zuo)為(wei)通訊終端要(yao)負責對(dui)外通訊，同時備份了一些重要(yao)的(de)車輛數據和(he)用(yong)戶身(shen)份信息，其安全(quan)性越發的(de)重要(yao)，如果(guo)其遭受網絡(luo)安全(quan)威(wei)脅，不(bu)管是(shi)(shi)對(dui)公司，還是(shi)(shi)對(dui)用(yong)戶的(de)損失影(ying)響都將是(shi)(shi)巨大的(de)。

根(gen)據(ju)EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一(yi)個由歐(ou)洲(zhou)汽車(che)(che)相關企業(ye)聯合組織的(de)關于(yu)車(che)(che)輛(liang)安(an)全的(de)研究項目)發布的(de)安(an)全芯片部署(shu)最佳(jia)實(shi)踐方(fang)案里，我(wo)們可以(yi)看出T-BOX在車(che)(che)輛(liang)信息安(an)全中的(de)重要程度；國六標(biao)準(zhun)中針對遠(yuan)程排放管理車(che)(che)載(zai)終端的(de)安(an)全方(fang)面(mian)也提出了要求，即車(che)(che)載(zai)終端存儲傳輸的(de)數據(ju)應(ying)該是(shi)加(jia)密的(de)，應(ying)采(cai)用非對稱(cheng)加(jia)密算(suan)法(fa)，可使用SM2算(suan)法(fa)或RSA算(suan)法(fa)，并且需要采(cai)用硬件(jian)方(fang)式對私鑰進行嚴格保護。

下圖(tu)是上(shang)海航芯的T-BOX應用方案框(kuang)圖(tu)：

模組負責(ze)應用層業(ye)務，也包括相關(guan)的文件系統、日(ri)志系統的管(guan)理(li)(li)；MCU負責(ze)與電源(yuan)管(guan)理(li)(li)、網絡管(guan)理(li)(li)等(deng)(deng)底層業(ye)務，中(zhong)間通過(guo)SPI/ISO7816/UART等(deng)(deng)通訊方式進行數(shu)據交互，SE單元用于(yu)存(cun)儲敏感數(shu)據并對傳輸的數(shu)據做加密(mi)處理(li)(li)。

上海(hai)航芯 ACM32F403 主控芯片

ACM32F403芯片(pian)(pian)采用高性(xing)能(neng)內(nei)核(he)，支(zhi)持(chi)Cortex-M33和Cortex-M4F指(zhi)令集。芯片(pian)(pian)內(nei)核(he)支(zhi)持(chi)一整(zheng)套DSP指(zhi)令用于數(shu)字信號處理，支(zhi)持(chi)單精度FPU處理浮點數(shu)據(ju)，同時還支(zhi)持(chi)Memory ProtectionUnit（MPU）用于提升應用的(de)安全性(xing)。

ACM32F403系列芯(xin)片最(zui)(zui)高(gao)(gao)工(gong)作頻率可達180MHz，內(nei)(nei)嵌數學硬(ying)件加速，內(nei)(nei)置最(zui)(zui)大512KB的(de)eFlash和最(zui)(zui)大192KB SRAM。芯(xin)片集成了一個(ge)(ge)12位多(duo)通道2Msps高(gao)(gao)精度ADC、一個(ge)(ge)12位2通道的(de)DAC、多(duo)達3路運放(fang)、2路比較(jiao)器(qi)，集成了1個(ge)(ge)高(gao)(gao)級定時(shi)(shi)(shi)器(qi)，6個(ge)(ge)通用16位定時(shi)(shi)(shi)器(qi)，1個(ge)(ge)通用32位定時(shi)(shi)(shi)器(qi)，2個(ge)(ge)基本16位定時(shi)(shi)(shi)器(qi)，1個(ge)(ge)系統看(kan)(kan)門(men)狗，1個(ge)(ge)獨立看(kan)(kan)門(men)狗，一個(ge)(ge)低功(gong)耗的(de)實時(shi)(shi)(shi)鐘（RTC），內(nei)(nei)置多(duo)路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等豐富的(de)通訊外設，內(nei)(nei)建AES、CRC、TRNG等算(suan)法模塊。

上海航(hang)芯 安全芯片 S6A/S6B

S6A/S6B 車規級 ESAM 產品是(shi)上海航(hang)芯(xin)自主開發的(de)(de)安(an)全模塊， 它是(shi)一個具(ju)有操作系統(COS)的(de)(de)安(an)全存取單元，將其嵌入(ru)專用通(tong)用設備(bei)中，完成數(shu)據的(de)(de)加密(mi)解密(mi)、雙向身份認(ren)證、訪問權限控制、通(tong)信(xin)線路保護、臨時密(mi)鑰導出(chu)、數(shu)據文件存儲等(deng)多種功能。專門針對應用于汽(qi)車電子、車載(zai)智能終端(duan)、 汽(qi)車T-BOX通(tong)信(xin)、版權保護、收費系統等(deng)領域。

其主(zhu)要特性(xing)如下(xia)所示：

? 安全芯(xin)片(pian)采用 32 位(wei) CPU 核

? 支持國(guo)密 SM2、SM3、SM4 算(suan)法

? 用戶區數據(ju)存(cun)儲容量 10Kbytes，10 萬次擦寫次數

? 支持 ISO/IEC 7816 T=0 通信協議

? ISO/IEC 7816 接口時鐘不高于 7.5MHz，支持多種(zhong)波特率（外部時鐘頻率3.57MHz 情況下，9.6kbps~111.6kbps）

? 支持 SPI 從(cong)接口(kou)(kou)，SPI 接口(kou)(kou) SCK 時鐘(zhong)不高于 16MHz，默認支持 Mode 1 模式（CPOL=0，CPHA=1）

? 支(zhi)持 8 字節唯一序(xu)列號

? 安全芯(xin)片達到國密二級認證級別

? 安全芯片達到(dao) EAL5+ 認(ren)證級(ji)別

? 符合(he)車(che)規(gui)級 AEC-Q100 Grade 1 認證