基于以太网，安全OTA！恩智浦车载中央网关参考设计

NXP管管

未来的汽车市场将彻底改变我们对汽车的看法。驾驶体验将达到前所未有的舒适和安全水平，这是汽车电子领域的革命，而恩智浦占据舞台中心。

安装在当前和未来汽车中的数百台车载计算机依靠车载网络向驾驶员提供服务。以太网是支持新应用所需的高数据速率和灵活性的首选技术。

车载中央网关（Gateway）作为车内网络通讯和枢纽以及车辆内外网络的桥梁，应用以太网、FlexRay、CAN、LIN和强大的微处理器将一切融合在一起，确保车内的电子设备之间可靠、安全的通信。

面向未来的车载中央网关

NXP基于未来汽车网络架构的演进以及自动驾驶、车联网等新应用的需求，设计了基于以太网的中央安全网关参考设计方案（Gateway RDB）。该解决方案采用NXP领先的汽车网络通讯产品，提供A样级别的网关硬件设计平台，并提供相应软件支持，大大简化了客户应用开发的难度，加速产品设计和量产进度。

图1，恩智浦安全车载网关参考设计

该方案包括专用于汽车网络通讯的MPC574xG家族MCU、汽车级以太网交换机和收发器、CAN/CANFD收发器、集成化LIN收发器、符合功能安全的系统芯片SBC等，支持可扩展性和可重用性，使用具有满足实际网络需求特点的产品。高集成度减少了组件数量，提高充满挑战的车内环境的稳健性，同时也降低了BOM成本。

图2，恩智浦安全车载网关关键物料BOM

恩智浦车载网关方案硬件特性:
5 x 100Mbit/s Ethernet
   - 4x100Base-T1，支持AVB网络
   - 1x100Base-TX for Diagnosis/SW Update
8 x CAN (CAN-FD compatible)
2 x LIN
eMMC (4GB)
3 x PWM / Digital IN
2 x Analog IN
2 x HS Switch OUT
Wake IN/Wake OUT
1 x RS232 (option)
JTAG Debug

板载连接器采用泰科电子汽车级连接器，包括用于汽车以太网的模块化和可扩展连接器MATEnet，符合 IEEE：100BASE-T1 (100Mbps - IEEE802.3bw 和 1000BASE-T1 (1 Gbps -IEEE802.3bp)；使用优化技术可能达到6Gbps，兼容UTP及STP。

图3，恩智浦安全车载网关参考设计系统框图

恩智浦车载网关参考设计还为开发者提供相关应用和驱动软件。

图4，恩智浦车载网关参考设计相关应用和驱动软件

安全的固件OTA

随着汽车电气化、自动驾驶及车辆联网化趋势的快速发展，车辆上集成了越来越多的电子控制系统，同时伴随着更多新功能引入汽车。在此趋势下，固件空中升级（FOTA）技术成为当下及未来汽车不可或缺的关键功能之一，也是推动未来软件定义汽车的必备技术。

利用FOTA技术远程升级车辆软件的方式，不仅可以节省大量处理汽车召回的成本和时间，还可以通过安全的远程通信轻松地为客户带来车辆的新功能和特性。典型的例子是特斯拉汽车公司的空中升级服务。

图5，恩智浦车辆安全FOTA展示系统

NXP针对FOTA应用，结合中央网关参考设计平台，建立了完整的FOTA演示系统。系统包含了FOTA系统关键的远程服务器端、TBox端（4G LTE）、中央网关、域控制器端及数个ECU等节点。实现了固件在远程服务器端的安全存储，服务器到车辆间的安全加密通讯，中央网关的固件解密、防火墙和OTA管理，以及车内网络基于对称加密的安全通讯和安全Bootloader。

恩智浦FOTA方案特性：

综合展示了安全的FOTA功能实现需要的重要系统组成以及各节点的关键技术点，并综合做了功能演示，可实现云端服务器发起FOTA推送，利用4G网络的安全通讯，网络防火墙和固件安全升级等功能；

系统基于汽车以太网中央网关，展示了域架构及混合网络架构的车内网络；


展示了多通道的汽车级以太网100Base-T1及CAN-FD通讯。基于MCU硬件加密模块HSM的信息加解密安全服务。

图6，恩智浦车辆安全FOTA展示系统系统架构

下面是通过恩智浦车辆安全FOTA系统完成一个ECU-A升级的流程：
1．Step 1
服务器端与Tbox利用SSL建立安全通讯通道；
2．Step 2
服务器推送新的固件版本信息给网关，网关通过对比本地维护的车内ECU固件数据库比对，并确认需要更新固件；
3．Step 3
网关利用SSL从服务器端下载加密的新固件，并在本地做完整性校核和解密校验签名，并加密存储于板载Flash中。
4．step 4

网关在车辆状态适合的时候（例如车辆停车关机且蓄电池状态良好），利用Secure Bootloader将新的固件刷写到待升级的目标ECU中，实现固件的升级。

图7，升级ECU-A的演示过程

作者：NXP     文章出处：NXP客栈

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