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航芯方案 | 智能網(wǎng)聯(lián)汽車終端T-BOX應(yīng)用方案
隨著5G時(shí)代的到來(lái)，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度的不斷提高，車載終端T-BOX作為車輛與云端的信息交互點(diǎn)，扮演著重要的角色。T-BOX的升級(jí)換代也為人們的出行實(shí)現(xiàn)了很多便利，同時(shí)也帶來(lái)了極大的信息安全挑戰(zhàn)，必須嚴(yán)格保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒓用苄浴?zhǔn)確性，才能促進(jìn)車載終端的進(jìn)一步發(fā)展。
本文將介紹T-BOX的主要功能，以及基于上海航芯主控芯片ACM32F403、安全芯片S6A/S6B的T-BOX應(yīng)用方案。
什么是T-BOX
車載T-Box英文全稱為Telematics-Box，是車載聯(lián)網(wǎng)通訊終端，通過(guò)3G/4G/5G遠(yuǎn)程連接TSP(Telematics Service Provider，內(nèi)容服務(wù)提供者)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程通訊及遠(yuǎn)程服務(wù)，如下圖所示（圖片來(lái)源見(jiàn)水印）：
T-BOX的主要功能如下：
1. 數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)：
T-BOX通過(guò)CAN接口接入DCAN總線，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要對(duì)整車信息、驅(qū)動(dòng)電機(jī)信息、燃料電池信息、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、車輛位置信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并解析。采集信息后，T-BOX按照最大不超過(guò)30s時(shí)間間隔，將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)中，若出現(xiàn)3級(jí)報(bào)警時(shí)，會(huì)按照最大不超過(guò)1s時(shí)間間隔保存。某些采集的信息經(jīng)過(guò)處理會(huì)集中顯示在車載終端的顯示屏上，提升用戶體驗(yàn)。
2. 遠(yuǎn)程查詢和控制：
用戶可以通過(guò)手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢車輛狀態(tài)，比如車輛燃油比例，車窗車門關(guān)閉狀態(tài)，行駛里程等；還可以控制車門開(kāi)關(guān)、鳴笛閃燈、開(kāi)啟空調(diào)、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、車輛定位等。其運(yùn)行流程是，首先用戶通過(guò)APP發(fā)送命令給TSP后臺(tái)，TSP后臺(tái)發(fā)出監(jiān)控請(qǐng)求指令到車載T-BOX，車輛獲取控制命令后，通過(guò)CAN總線發(fā)送控制報(bào)文并實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的控制，最后反饋操作結(jié)果到用戶的手機(jī)APP上。
3. 近程控制：
近程控制主要是服務(wù)于藍(lán)牙鑰匙的操作，主要包含藍(lán)牙近程尋車、藍(lán)牙車門開(kāi)啟/關(guān)閉、藍(lán)牙后備箱解鎖、藍(lán)牙迎賓等。
4. 道路救援：
這一項(xiàng)主要是針對(duì)行車安全而設(shè)計(jì)的，包含了路邊救援協(xié)助、緊急救援求助、車輛異動(dòng)自動(dòng)報(bào)警、車輛異常信息遠(yuǎn)程自動(dòng)上傳等服務(wù)。這些功能可以保障車主的生命安全，如碰撞自動(dòng)求救功能，車輛碰撞觸發(fā)安全氣囊后，T-BOX會(huì)自動(dòng)觸發(fā)乘用車客戶救援熱線號(hào)碼，自動(dòng)上傳車輛位置信息至后臺(tái)，同時(shí)后臺(tái)將發(fā)信息給所有緊急聯(lián)系人，短信中包含事故位置信息，以及事件信息，讓事故車輛和人員得到及時(shí)的救援。
5. 遠(yuǎn)程診斷：
汽車在啟動(dòng)時(shí)，獲知汽車的故障信息，并把故障碼上傳至數(shù)據(jù)處理中心。系統(tǒng)在不打擾車主的情況下復(fù)檢故障信息。在確定故障后，并實(shí)施遠(yuǎn)程自動(dòng)消除故障，無(wú)法消除的故障以短信方式發(fā)送給車主，使車主提前獲知車輛存在的故障信息，防范于未然。主要包含胎壓檢測(cè)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)、輔助保護(hù)系統(tǒng)等自助診斷服務(wù)，及時(shí)反饋車輛狀態(tài)報(bào)告（四門開(kāi)關(guān)狀態(tài)，后備箱開(kāi)關(guān)狀態(tài)，四門玻璃狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙蓋狀態(tài)、駐車標(biāo)志等）以及遠(yuǎn)程儀表臺(tái)（燃油剩余量、剩余電量、可續(xù)航里程、總里程、百公里油耗、車輛停放位置、機(jī)油油量報(bào)警）。
6. 異常提醒：
車輛異常報(bào)警、車被拖走報(bào)警、防盜報(bào)警、被盜車輛跟蹤、安全證書(shū)校驗(yàn)等。
安全芯片在T-BOX中的應(yīng)用
隨著車聯(lián)網(wǎng)概念的不斷深化和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷增加，T-BOX的角色也變得尤為特殊，不僅作為通訊終端要負(fù)責(zé)對(duì)外通訊，同時(shí)備份了一些重要的車輛數(shù)據(jù)和用戶身份信息，其安全性越發(fā)的重要，如果其遭受網(wǎng)絡(luò)安全威脅，不管是對(duì)公司，還是對(duì)用戶的損失影響都將是巨大的。
根據(jù)EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一個(gè)由歐洲汽車相關(guān)企業(yè)聯(lián)合組織的關(guān)于車輛安全的研究項(xiàng)目)發(fā)布的安全芯片部署最佳實(shí)踐方案里，我們可以看出T-BOX在車輛信息安全中的重要程度；國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)遠(yuǎn)程排放管理車載終端的安全方面也提出了要求，即車載終端存儲(chǔ)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)該是加密的，應(yīng)采用非對(duì)稱加密算法，可使用SM2算法或RSA算法，并且需要采用硬件方式對(duì)私鑰進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)。
下圖是上海航芯的T-BOX應(yīng)用方案框圖：
模組負(fù)責(zé)應(yīng)用層業(yè)務(wù)，也包括相關(guān)的文件系統(tǒng)、日志系統(tǒng)的管理；MCU負(fù)責(zé)與電源管理、網(wǎng)絡(luò)管理等底層業(yè)務(wù)，中間通過(guò)SPI/ISO7816/UART等通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，SE單元用于存儲(chǔ)敏感數(shù)據(jù)并對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)做加密處理。
上海航芯 ACM32F403 主控芯片
ACM32F403芯片采用高性能內(nèi)核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片內(nèi)核支持一整套DSP指令用于數(shù)字信號(hào)處理，支持單精度FPU處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)還支持Memory ProtectionUnit（MPU）用于提升應(yīng)用的安全性。
ACM32F403系列芯片最高工作頻率可達(dá)180MHz，內(nèi)嵌數(shù)學(xué)硬件加速，內(nèi)置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM。芯片集成了一個(gè)12位多通道2Msps高精度ADC、一個(gè)12位2通道的DAC、多達(dá)3路運(yùn)放、2路比較器，集成了1個(gè)高級(jí)定時(shí)器，6個(gè)通用16位定時(shí)器，1個(gè)通用32位定時(shí)器，2個(gè)基本16位定時(shí)器，1個(gè)系統(tǒng)看門狗，1個(gè)獨(dú)立看門狗，一個(gè)低功耗的實(shí)時(shí)鐘（RTC），內(nèi)置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等豐富的通訊外設(shè)，內(nèi)建AES、CRC、TRNG等算法模塊。
上海航芯 安全芯片 S6A/S6B
S6A/S6B 車規(guī)級(jí) ESAM 產(chǎn)品是上海航芯自主開(kāi)發(fā)的安全模塊， 它是一個(gè)具有操作系統(tǒng)(COS)的安全存取單元，將其嵌入專用通用設(shè)備中，完成數(shù)據(jù)的加密解密、雙向身份認(rèn)證、訪問(wèn)權(quán)限控制、通信線路保護(hù)、臨時(shí)密鑰導(dǎo)出、數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)等多種功能。專門針對(duì)應(yīng)用于汽車電子、車載智能終端、 汽車T-BOX通信、版權(quán)保護(hù)、收費(fèi)系統(tǒng)等領(lǐng)域。
其主要特性如下所示：
? 安全芯片采用 32 位 CPU 核
? 支持國(guó)密 SM2、SM3、SM4 算法
? 用戶區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量 10Kbytes，10 萬(wàn)次擦寫(xiě)次數(shù)
? 支持 ISO/IEC 7816 T=0 通信協(xié)議
? ISO/IEC 7816 接口時(shí)鐘不高于 7.5MHz，支持多種波特率（外部時(shí)鐘頻率3.57MHz 情況下，9.6kbps~111.6kbps）
? 支持 SPI 從接口，SPI 接口 SCK 時(shí)鐘不高于 16MHz，默認(rèn)支持 Mode 1 模式（CPOL=0，CPHA=1）
? 支持 8 字節(jié)唯一序列號(hào)
? 安全芯片達(dá)到國(guó)密二級(jí)認(rèn)證級(jí)別
? 安全芯片達(dá)到 EAL5+ 認(rèn)證級(jí)別
? 符合車規(guī)級(jí) AEC-Q100 Grade 1 認(rèn)證
