安全低功耗蓝牙连接技术在汽车中的应用
作者：安森美低功耗蓝牙解决方案产品经理Ben Widsten
低功耗蓝牙®（Bluetooth LE）技术凭借成熟的生态系统、超低功耗特性以及在手机中的广泛普及，成为汽车应用中新连接用例的首选无线协议。本文探讨了汽车中无线连接应用不断增长的背后驱动因素，并回顾了低功耗蓝牙技术的一些当前和未来潜在用例。
车辆采用无线通信技术的驱动因素
汽车行业正在经历一场前所未有的变革，电气化、自动驾驶和车联网（V2X）等趋势几乎同时涌现。汽车正在从提供基本交通服务向为乘客提供愉悦旅行体验的方向转变。汽车用户将越来越多地使用智能手机来访问车辆并定制这一体验。此外，随着汽车中传感器、安全系统和信息娱乐系统的数量不断增加，将它们连接到车载计算机的需求也在增长。而使用线缆不仅会增加汽车的重量和体积，还会给可制造性、成本和复杂度带来挑战。
图1：车辆中的无线连接提升了用户体验
低功耗蓝牙具有低功耗、成本效益高等优势，可用于替代传统控制器局域网(CAN)和车用局域互联网 (LIN)。汽车整车厂商 (OEM) 希望利用低功耗蓝牙在某些用例中替代这些技术。与其他无线技术相比，低功耗蓝牙具有多项优势，因此成为汽车应用的首选方案，这些优势包括：
• 经过验证的与智能手机的通信消除了对互操作性的担忧
• 标准化的规范和认证
• 在电气噪声大且恶劣的环境中表现稳健
• 适用于车规AEC-Q100的零部件
• 低功耗，这是电动汽车的关键要求
• 低成本的系统级芯片（SoC）元器件和天线
低功耗蓝牙在汽车中的应用案例
在汽车中，蓝牙技术最初被用于车辆访问系统，实现了如智能手机钥匙的无钥匙进入和无钥匙启动等功能。未来围绕低功耗蓝牙在此类应用中的发展将基于个人数字钥匙和偏好配置来定制用户体验。例如，车辆能够自动识别存储在驾驶员或乘客手机中的个人配置文件，然后无缝调整后视镜、座椅和方向盘角度以满足个性化需求。此外，还将能够为其他汽车用户创建共享钥匙，最终使智能手机钥匙成为共享自动驾驶汽车这一新兴趋势的实用解决方案。然而，这也需要个人配置文件受到最高级别的安全防护，以防止它们被未经授权的第三方复制，这可能会窃取或改变车辆的操作方式。
低功耗对于车联网通信盒和主机显示器等信息娱乐系统至关重要。这些系统通常包含高功耗连接器件，如蜂窝电信调制解调器、Wi-Fi和其他连接协议。这些系统必须遵守其严格的功率预算，以免在车辆未使用时耗尽车载电池电量。
为了满足这些要求，系统开发人员正在寻找低功耗的无线微控制器（MCU），这些MCU可以在需要时关闭车辆中功耗较高的元器件，也能在需要时唤醒它们。低功耗蓝牙是实现这一目标的理想选择，例如，它允许车联网通信盒或主机显示器当需要时被唤醒以通过空中下载技术（OTA）进行软件更新或执行其他诊断功能。
除了车身应用外，另一个新兴趋势是在电池管理系统中利用蓝牙技术的无线功能，定期向主计算机发送电池组的温度和电压信息。低功耗蓝牙还可以帮助汽车整车厂商（OEM）降低成本，例如，通过无线胎压监测系统（TPMS）让驾驶员使用手机检查胎压，甚至在轮胎漏气时收到通知。此外，低功耗蓝牙还可以针对电动座椅、后视镜、锁和天窗的控制部分简化设计。
在选择车载低功耗蓝牙MCU 时，除了超低功耗外，小巧的外形以及确保车内外安全数据传输也是关键要求。
图2：NCV-RSL15 MCU是空间受限汽车应用的理想选择
适用于汽车无线应用的超低功耗MCU
安森美（Onsemi）NCV-RSL15 微控制器（MCU）集成了蓝牙5.2无线连接功能，并且具备嵌入式安全防护和超低功耗特性，适用于汽车应用。这款微控制器已经获得了SPEC嵌入式组（SPEC Embedded Group，前身为嵌入式微处理器基准联盟，即EEMBC）的认证，成为功耗最低、安全可靠的无线微控制器。该微控制器采用专有的智能检测功耗模式，旨在尽可能降低功耗。例如，在 3V 电源下，三个通道上可连接广播事件（根据低功耗蓝牙 5.2 规范）的峰值接收电流仅 2.7 mA，峰值发射电流仅 4.3 mA。
图3：安森美NCV-RSL 15蓝牙5.2无线MCU
NCV-RSL15搭载了Arm® Cortex®-M33处理器内核，并配备了TrustZone® Armv8-M安全扩展，构成了其安全平台的基础。这款微控制器提供了最新的嵌入式安全解决方案，具有Arm CryptoCell™功能的基于硬件的信任根安全引导，多种用户可访问的硬件加速加密算法，并具备固件空中升级（FOTA）能力，以支持未来固件更新和安全补丁的部署。
NCV-RSL15提供四种低功耗模式，包括休眠、待机、智能检测和空闲模式，旨在降低能耗的同时保持系统响应速度。其中，智能检测模式充分利用了休眠模式的低功耗特性，同时允许部分数字和模拟外设在处理器极少的干预下保持激活状态。
此款MCU非常适合应用于汽车无线应用，如车辆访问控制、胎压监测系统等，仅依靠一枚纽扣电池供电，最长可运行长达10年时间。NCV-RSL15采用微型封装形式——QFNW40 6x6封装，尺寸小巧，极其适合便携式远程访问设备以及其他空间受限的胎内或车载环境。
为了便于开发者快速开发应用，安森美还为这款MCU提供了全面且易用的软件工具包，其中包括丰富的示例代码库。
无线连接的新兴应用案例
使用低功耗蓝牙无线技术取代传统老旧车载通信协议，可以帮助整车厂商减少车辆布线，为电动汽车中庞大的动力系统腾出更多空间，同时还能降低车载系统的待机电流消耗。此外，整车厂商将继续想方设法利用低功耗蓝牙技术开发出更轻便、更具可扩展性、更易于制造的电池管理系统。
