安全低功耗藍(lán)牙®連接技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

低功耗藍(lán)牙?（Bluetooth LE）技術(shù)憑借成熟的生態(tài)系統(tǒng)、超低功耗特性以及在手機(jī)中的廣泛普及，成為汽車應(yīng)用中新連接用例的首選無(wú)線協(xié)議。本文探討了汽車中無(wú)線連接應(yīng)用不斷增長(zhǎng)的背后驅(qū)動(dòng)因素，并回顧了低功耗藍(lán)牙技術(shù)的一些當(dāng)前和未來(lái)潛在用例。

車輛采用無(wú)線通信技術(shù)的驅(qū)動(dòng)因素

汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)前所未有的變革，電氣化、自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)（V2X）等趨勢(shì)幾乎同時(shí)涌現(xiàn)。汽車正在從提供基本交通服務(wù)向?yàn)槌丝吞峁┯鋹偮眯畜w驗(yàn)的方向轉(zhuǎn)變。汽車用戶將越來(lái)越多地使用智能手機(jī)來(lái)訪問(wèn)車輛并定制這一體驗(yàn)。此外，隨著汽車中傳感器、安全系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，將它們連接到車載計(jì)算機(jī)的需求也在增長(zhǎng)。而使用線纜不僅會(huì)增加汽車的重量和體積，還會(huì)給可制造性、成本和復(fù)雜度帶來(lái)挑戰(zhàn)。

圖1：車輛中的無(wú)線連接提升了用戶體驗(yàn)

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

l 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的與智能手機(jī)的通信消除了對(duì)互操作性的擔(dān)憂

l 標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范和認(rèn)證

l 在電氣噪聲大且惡劣的環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)健

l 適用于車規(guī)AEC-Q100的零部件

l 低功耗，這是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵要求

l 低成本的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）元器件和天線

低功耗藍(lán)牙在汽車中的應(yīng)用案例

在汽車中，藍(lán)牙技術(shù)最初被用于車輛訪問(wèn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了如智能手機(jī)鑰匙的無(wú)鑰匙進(jìn)入和無(wú)鑰匙啟動(dòng)等功能。未來(lái)圍繞低功耗藍(lán)牙在此類應(yīng)用中的發(fā)展將基于個(gè)人數(shù)字鑰匙和偏好配置來(lái)定制用戶體驗(yàn)。例如，車輛能夠自動(dòng)識(shí)別存儲(chǔ)在駕駛員或乘客手機(jī)中的個(gè)人配置文件，然后無(wú)縫調(diào)整后視鏡、座椅和方向盤角度以滿足個(gè)性化需求。此外，還將能夠?yàn)槠渌囉脩魟?chuàng)建共享鑰匙，最終使智能手機(jī)鑰匙成為共享自動(dòng)駕駛汽車這一新興趨勢(shì)的實(shí)用解決方案。然而，這也需要個(gè)人配置文件受到最高級(jí)別的安全防護(hù)，以防止它們被未經(jīng)授權(quán)的第三方復(fù)制，這可能會(huì)竊取或改變車輛的操作方式。

低功耗對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)通信盒和主機(jī)顯示器等信息娛樂(lè)系統(tǒng)至關(guān)重要。這些系統(tǒng)通常包含高功耗連接器件，如蜂窩電信調(diào)制解調(diào)器、Wi-Fi和其他連接協(xié)議。這些系統(tǒng)必須遵守其嚴(yán)格的功率預(yù)算，以免在車輛未使用時(shí)耗盡車載電池電量。

為了滿足這些要求，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員正在尋找低功耗的無(wú)線微控制器（MCU），這些MCU可以在需要時(shí)關(guān)閉車輛中功耗較高的元器件，也能在需要時(shí)喚醒它們。低功耗藍(lán)牙是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的理想選擇，例如，它允許車聯(lián)網(wǎng)通信盒或主機(jī)顯示器當(dāng)需要時(shí)被喚醒以通過(guò)空中下載技術(shù)（OTA）進(jìn)行軟件更新或執(zhí)行其他診斷功能。

除了車身應(yīng)用外，另一個(gè)新興趨勢(shì)是在電池管理系統(tǒng)中利用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線功能，定期向主計(jì)算機(jī)發(fā)送電池組的溫度和電壓信息。低功耗藍(lán)牙還可以幫助汽車整車廠商（OEM）降低成本，例如，通過(guò)無(wú)線胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）讓駕駛員使用手機(jī)檢查胎壓，甚至在輪胎漏氣時(shí)收到通知。此外，低功耗藍(lán)牙還可以針對(duì)電動(dòng)座椅、后視鏡、鎖和天窗的控制部分簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

在選擇車載低功耗藍(lán)牙MCU 時(shí)，除了超低功耗外，小巧的外形以及確保車內(nèi)外安全數(shù)據(jù)傳輸也是關(guān)鍵要求。

圖2：NCV-RSL15 MCU是空間受限汽車應(yīng)用的理想選擇

適用于汽車無(wú)線應(yīng)用的超低功耗MCU

安森美（Onsemi）NCV-RSL15 微控制器（MCU）集成了藍(lán)牙5.2無(wú)線連接功能，并且具備嵌入式安全防護(hù)和超低功耗特性，適用于汽車應(yīng)用。這款微控制器已經(jīng)獲得了SPEC嵌入式組（SPEC Embedded Group，前身為嵌入式微處理器基準(zhǔn)聯(lián)盟，即EEMBC）的認(rèn)證，成為功耗最低、安全可靠的無(wú)線微控制器。該微控制器采用專有的智能檢測(cè)功耗模式，旨在盡可能降低功耗。例如，在3V 電源下，三個(gè)通道上可連接廣播事件（根據(jù)低功耗藍(lán)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。

圖3：安森美NCV-RSL 15藍(lán)牙5.2無(wú)線MCU

NCV-RSL15搭載了Arm? Cortex?-M33處理器內(nèi)核，并配備了TrustZone? Armv8-M安全擴(kuò)展，構(gòu)成了其安全平臺(tái)的基礎(chǔ)。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(dǎo)，多種用戶可訪問(wèn)的硬件加速加密算法，并具備固件空中升級(jí)（FOTA）能力，以支持未來(lái)固件更新和安全補(bǔ)丁的部署。

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

此款MCU非常適合應(yīng)用于汽車無(wú)線應(yīng)用，如車輛訪問(wèn)控制、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，僅依靠一枚紐扣電池供電，最長(zhǎng)可運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)10年時(shí)間。NCV-RSL15采用微型封裝形式——QFNW40 6x6封裝，尺寸小巧，極其適合便攜式遠(yuǎn)程訪問(wèn)設(shè)備以及其他空間受限的胎內(nèi)或車載環(huán)境。

為了便于開(kāi)發(fā)者快速開(kāi)發(fā)應(yīng)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(kù)。

無(wú)線連接的新興應(yīng)用案例

使用低功耗藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)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(dòng)汽車中龐大的動(dòng)力系統(tǒng)騰出更多空間，同時(shí)還能降低車載系統(tǒng)的待機(jī)電流消耗。此外，整車廠商將繼續(xù)想方設(shè)法利用低功耗藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)出更輕便、更具可擴(kuò)展性、更易于制造的電池管理系統(tǒng)。