航芯方案 | 智能網(wǎng)聯(lián)汽車終端T-BOX應(yīng)用方案

隨著5G時代的到來，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的升級換代也為人們的出行實(shí)現(xiàn)了很多便利，同時也帶來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?、加密性、?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3G/4G/5G遠(yuǎn)程連接TSP(Telematics Service Provider，內(nèi)容服務(wù)提供者)平臺實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程通訊及遠(yuǎn)程服務(wù)，如下圖所示（圖片來源見水印）：

T-BOX的主要功能如下：

1. 數(shù)據(jù)采集和存儲：

T-BOX通過CAN接口接入DCAN總線，通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要對整車信息、驅(qū)動電機(jī)信息、燃料電池信息、發(fā)動機(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30s時間間隔，將采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲介質(zhì)中，若出現(xiàn)3級報警時，會按照最大不超過1s時間間隔保存。某些采集的信息經(jīng)過處理會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；還可以控制車門開關(guān)、鳴笛閃燈、開啟空調(diào)、啟動發(fā)動機(jī)、車輛定位等。其運(yùn)行流程是，首先用戶通過APP發(fā)送命令給TSP后臺，TSP后臺發(fā)出監(jiān)控請求指令到車載T-BOX，車輛獲取控制命令后，通過CAN總線發(fā)送控制報文并實(shí)現(xiàn)對車輛的控制，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、車輛異動自動報警、車輛異常信息遠(yuǎn)程自動上傳等服務(wù)。這些功能可以保障車主的生命安全，如碰撞自動求救功能，車輛碰撞觸發(fā)安全氣囊后，T-BOX會自動觸發(fā)乘用車客戶救援熱線號碼，自動上傳車輛位置信息至后臺，同時后臺將發(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的救援。

5. 遠(yuǎn)程診斷：

汽車在啟動時，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)程自動消除故障，無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。主要包含胎壓檢測系統(tǒng)、發(fā)動機(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)，及時反饋車輛狀態(tài)報告（四門開關(guān)狀態(tài)，后備箱開關(guān)狀態(tài)，四門玻璃狀態(tài)、發(fā)動機(jī)機(jī)艙蓋狀態(tài)、駐車標(biāo)志等）以及遠(yuǎn)程儀表臺（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)油油量報警）。

6. 異常提醒：

車輛異常報警、車被拖走報警、防盜報警、被盜車輛跟蹤、安全證書校驗(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)對外通訊，同時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，不管是對公司，還是對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；國六標(biāo)準(zhǔn)中針對遠(yuǎn)程排放管理車載終端的安全方面也提出了要求，即車載終端存儲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)該是加密的，應(yīng)采用非對稱加密算法，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SPI/ISO7816/UART等通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，SE單元用于存儲敏感數(shù)據(jù)并對傳輸?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)字信號處理，支持單精度FPU處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時還支持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12位多通道2Msps高精度ADC、一個12位2通道的DAC、多達(dá)3路運(yùn)放、2路比較器，集成了1個高級定時器，6個通用16位定時器，1個通用32位定時器，2個基本16位定時器，1個系統(tǒng)看門狗，1個獨(dú)立看門狗，一個低功耗的實(shí)時鐘（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 ESAM 產(chǎn)品是上海航芯自主開發(fā)的安全模塊， 它是一個具有操作系統(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、訪問權(quán)限控制、通信線路保護(hù)、臨時密鑰導(dǎo)出、數(shù)據(jù)文件存儲等多種功能。專門針對應(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

? 支持國密 SM2、SM3、SM4 算法

? 用戶區(qū)數(shù)據(jù)存儲容量 10Kbytes，10 萬次擦寫次數(shù)

? 支持 ISO/IEC 7816 T=0 通信協(xié)議

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

? 支持 SPI 從接口，SPI 接口 SCK 時鐘不高于 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

? 安全芯片達(dá)到國密二級認(rèn)證級別

? 安全芯片達(dá)到 EAL5+ 認(rèn)證級別

? 符合車規(guī)級 AEC-Q100 Grade 1 認(rèn)證