安全低功耗藍牙連接技術在汽車中的應用

低功耗藍牙^?（Bluetooth LE）技術憑借成熟的生態(tài)系統(tǒng)、超低功耗特性以及在手機中的廣泛普及，成為汽車應用中新連接用例的首選無線協(xié)議。本文探討了汽車中無線連接應用不斷增長的背后驅動因素，并回顧了低功耗藍牙技術的一些當前和未來潛在用例。

1 車輛采用無線通信技術的驅動因素

汽車行業(yè)正在經歷一場前所未有的變革，電氣化、自動駕駛和車聯(lián)網（V2X）等趨勢幾乎同時涌現(xiàn)。汽車正在從提供基本交通服務向為乘客提供愉悅旅行體驗的方向轉變。汽車用戶將越來越多地使用智能手機來訪問車輛并定制這一體驗。此外，隨著汽車中傳感器、安全系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，將它們連接到車載計算機的需求也在增長。而使用線纜不僅會增加汽車的重量和體積，還會給可制造性、成本和復雜度帶來挑戰(zhàn)。

圖1 車輛中的無線連接提升了用戶體驗

低功耗藍牙具有低功耗、成本效益高等優(yōu)勢，可用于替代傳統(tǒng)控制器局域網(CAN) 和車用局域互聯(lián)網(LIN)。汽車整車廠商 (OEM) 希望利用低功耗藍牙在某些用例中替代這些技術。與其他無線技術相比，低功耗藍牙具有多項優(yōu)勢，因此成為汽車應用的首選方案，這些優(yōu)勢包括：

●   經過驗證的與智能手機的通信消除了對互操作性的擔憂

●   標準化的規(guī)范和認證

●   在電氣噪聲大且惡劣的環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)健

●   適用于車規(guī)AEC-Q100 的零部件

●   低功耗，這是電動汽車的關鍵要求

●   低成本的系統(tǒng)級芯片（SoC）元器件和天線

2 低功耗藍牙在汽車中的應用案例

在汽車中，藍牙技術最初被用于車輛訪問系統(tǒng)，實現(xiàn)了如智能手機鑰匙的無鑰匙進入和無鑰匙啟動等功能。未來圍繞低功耗藍牙在此類應用中的發(fā)展將基于個人數(shù)字鑰匙和偏好配置來定制用戶體驗。例如，車輛能夠自動識別存儲在駕駛員或乘客手機中的個人配置文件，然后無縫調整后視鏡、座椅和方向盤角度以滿足個性化需求。此外，還將能夠為其他汽車用戶創(chuàng)建共享鑰匙，最終使智能手機鑰匙成為共享自動駕駛汽車這一新興趨勢的實用解決方案。然而，這也需要個人配置文件受到最高級別的安全防護，以防止它們被未經授權的第三方復制，這可能會竊取或改變車輛的操作方式。

低功耗對于車聯(lián)網通信盒和主機顯示器等信息娛樂系統(tǒng)至關重要。這些系統(tǒng)通常包含高功耗連接器件，如蜂窩電信調制解調器、Wi-Fi 和其他連接協(xié)議。這些系統(tǒng)必須遵守其嚴格的功率預算，以免在車輛未使用時耗盡車載電池電量。

為了滿足這些要求，系統(tǒng)開發(fā)人員正在尋找低功耗的無線微控制器（MCU），這些MCU 可以在需要時關閉車輛中功耗較高的元器件，也能在需要時喚醒它們。低功耗藍牙是實現(xiàn)這一目標的理想選擇，例如，它允許車聯(lián)網通信盒或主機顯示器當需要時被喚醒以通過空中下載技術（OTA）進行軟件更新或執(zhí)行其他診斷功能。

除了車身應用外，另一個新興趨勢是在電池管理系統(tǒng)中利用藍牙技術的無線功能，定期向主計算機發(fā)送電池組的溫度和電壓信息。低功耗藍牙還可以幫助汽車整車廠商（OEM）降低成本，例如，通過無線胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）讓駕駛員使用手機檢查胎壓，甚至在輪胎漏氣時收到通知。此外，低功耗藍牙還可以針對電動座椅、后視鏡、鎖和天窗的控制部分簡化設計。

在選擇車載低功耗藍牙MCU 時，除了超低功耗外，小巧的外形以及確保車內外安全數(shù)據傳輸也是關鍵要求。

圖2 NCV-RSL15 MCU是空間受限汽車應用的理想選擇

3 適用于汽車無線應用的超低功耗MCU

安森美（Onsemi）NCV-RSL15 微控制器（MCU）集成了藍牙5.2 無線連接功能，并且具備嵌入式安全防護和超低功耗特性，適用于汽車應用。這款微控制器已經獲得了SPEC嵌入式組（SPEC Embedded Group，前身為嵌入式微處理器基準聯(lián)盟，即EEMBC）的認證，成為功耗最低、安全可靠的無線微控制器。該微控制器采用專有的智能檢測功耗模式，旨在盡可能降低功耗。例如，在3 V 電源下，三個通道上可連接廣播事件（根據低功耗藍牙5.2 規(guī)范）的峰值接收電流僅2.7 mA，峰值發(fā)射電流僅4.3 mA。

NCV-RSL15 搭載了Arm^? Cortex^?-M33 處理器內核，并配備了TrustZone^? Armv8-M 安全擴展，構成了其安全平臺的基礎。這款微控制器提供了最新的嵌入式安全解決方案，具有Arm CryptoCell? 功能的基于硬件的信任根安全引導，多種用戶可訪問的硬件加速加密算法，并具備固件空中升級（FOTA）能力，以支持未來固件更新和安全補丁的部署。

圖3 安森美NCV-RSL 15藍牙5.2無線MCU

NCV-RSL15提供四種低功耗模式，包括休眠、待機、智能檢測和空閑模式，旨在降低能耗的同時保持系統(tǒng)響應速度。其中，智能檢測模式充分利用了休眠模式的低功耗特性，同時允許部分數(shù)字和模擬外設在處理器極少的干預下保持激活狀態(tài)。

此款MCU非常適合應用于汽車無線應用，如車輛訪問控制、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)等，僅依靠一枚紐扣電池供電，最長可運行長達10 年時間。NCV-RSL15采用微型封裝形式——QFNW40 6×6封裝，尺寸小巧，極其適合便攜式遠程訪問設備以及其他空間受限的胎內或車載環(huán)境。

為了便于開發(fā)者快速開發(fā)應用，安森美還為這款MCU提供了全面且易用的軟件工具包，其中包括豐富的示例代碼庫。

4 無線連接的新興應用案例

使用低功耗藍牙無線技術取代傳統(tǒng)老舊車載通信協(xié)議，可以幫助整車廠商減少車輛布線，為電動汽車中龐大的動力系統(tǒng)騰出更多空間，同時還能降低車載系統(tǒng)的待機電流消耗。此外，整車廠商將繼續(xù)想方設法利用低功耗藍牙技術開發(fā)出更輕便、更具可擴展性、更易于制造的電池管理系統(tǒng)。

（本文來源于《EEPW》2024.5）