BLE: Sichere Bluetooth-Low-Energy-Anbindung im Auto

Mit der zunehmenden Anzahl von Sensoren, Sicherheits- und Infotainmentsystemen im Auto steigt auch die Notwendigkeit, diese mit den Bordcomputern zu verbinden. Der Einsatz von Kabeln, die das Gewicht und das Volumen eines Fahrzeugs erheblich vergrößern, stellt dabei eine Herausforderung für die Herstellbarkeit, Kosten und Komplexität dar.

BLE ist eine stromsparende und kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Verbindungslösungen auf der Basis von Controller Area Networks (CAN) und Local Interconnect Networks (LIN). Die Fahrzeughersteller (OEMs) versuchen nun, eine BLE-Infrastruktur zu nutzen, um diese Techniken in einigen Anwendungen zu ersetzen. BLE bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Funktechniken, was es zur bevorzugten Wahl für Anwendungen im Fahrzeug macht, darunter:

• Bewährte Kommunikation mit Smartphones zerstreut Bedenken hinsichtlich der Interoperabilität
• Standardisierte Spezifikation und Zertifizierung
• Robuste Leistungsfähigkeit in elektrisch störbehafteten und rauen Umgebungen
• Verfügbarkeit AEC-Q100-qualifizierter Teile für die Automobilindustrie
• Niedriger Stromverbrauch – eine wichtige Voraussetzung für EVs
• Kostengünstige System-on-Chip-/SoC-Komponenten und Antenne

Bluetooth im Auto wurde zuerst bei Fahrzeugzugangssystemen eingesetzt, um Funktionen wie das Smartphone als Schlüssel für passiven Zugang und Start zu ermöglichen. Zukünftige Entwicklungen rund um BLE in dieser Anwendung werden maßgeschneiderte Benutzererfahrungen auf der Grundlage von individuellen digitalen Schlüsseln und Profilen ermöglichen. Ein Fahrzeug wird dann in der Lage sein, ein im Mobiltelefon des Fahrers oder Beifahrers gespeichertes Profil automatisch zu erkennen und die Position von Spiegeln, Sitzen und Lenkrad nahtlos an die individuellen Vorlieben anzupassen. Darüber hinaus wird es möglich sein, gemeinsame Schlüssel für andere Fahrzeugnutzer zu erstellen, was Phone-as-a-Key schließlich zu einer praktischen Lösung für den Trend hin zu gemeinsam genutzten autonomen Fahrzeugen macht. Dies erfordert jedoch auch, dass die Profile durch höchste Sicherheitsstufen geschützt werden, um zu verhindern, dass sie von unbefugten Dritten kopiert werden, die das Fahrzeug stehlen oder die Funktionsweise verändern könnten.

Niedriger Stromverbrauch ist bei Infotainment-Systemen wie Telematikboxen und Head-Unit-Displays entscheidend. Diese Systeme enthalten oft eine Anbindung mit hohem Stromverbrauch, wie z. B. Mobilfunkmodems, Wi-Fi und andere Verbindungsprotokolle. Diese Systeme haben ein strenges Energiebudget, das eingehalten werden muss, damit die Fahrzeugbatterie nicht belastet wird, sobald das Auto nicht benutzt wird. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, suchen Systementwickler nach Funk-MCUs mit geringem Stromverbrauch, die die Komponenten mit höherem Stromverbrauch im Fahrzeug abschalten, aber bei Bedarf dennoch aktivieren können. BLE ist für diesen Zweck eine hervorragende Option, mit der eine Telematikbox oder ein Head-Unit-Display feststellen kann, ob es aktiviert werden muss, um z. B. Over-the-Air-/OTA-Software-Updates durchzuführen oder andere Diagnosefunktionen auszuführen.

Neben den Karosserieanwendungen ist der Einsatz von BLE in Batteriemanagementsystemen (BMS) ein weiterer Trend, um regelmäßige Temperatur- und Spannungsinformationen über die Batteriepakete an den Bordcomputer zu senden. BLE hilft OEMs auch, Kosten zu senken, z. B. durch funkbasierte Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS), die es dem Fahrer ermöglichen, den Reifendruck mit seinem Smartphone zu überprüfen oder sogar Benachrichtigungen zu erhalten, wenn ein Reifen platt ist. BLE vereinfacht auch Designs zur Steuerung elektrisch verstellbarer Sitze, Spiegel, Schlösser und Schiebedächer. Neben einem sehr niedrigen Stromverbrauch sind ein kleiner Formfaktor und die sichere Datenkommunikation innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs wichtige Anforderungen bei der Auswahl einer BLE-fähigen MCU für den Einsatz im Auto.

Die MCU NCV-RSL15 von Onsemi bietet Bluetooth-5.2-Funkanbindung, Embedded-Sicherheit und einen sehr niedrigen Stromverbrauch für Automotive-Anwendungen. Die MCU wurde von der SPEC Embedded Group (ehemals Embedded Microprocessor Benchmark Consortium, EEMBC) als der stromsparendste und sicherste Funk-Mikrocontroller zertifiziert. Der Baustein verfügt über einen proprietären Smart-Sensing-Power-Modus und wurde so entwickelt, dass er so wenig Energie wie möglich verbraucht. Ein vernetztes Advertising-Event auf drei Kanälen (gemäß der BLE-5.2-Spezifikation) verbraucht beispielsweise einen Spitzen-Empfangsstrom von 2,7 mA und einen Spitzen-Sendestrom von 4,3 mA bei einer Versorgungsspannung von 3 V.

Der NCV-RSL15 verfügt über einen Arm-Cortex-M33-Prozessor mit TrustZone-Armv8-M-Sicherheitserweiterungen, was die Grundlage der Sicherheitsplattform bildet. Die MCU bietet neueste Embedded-Sicherheit mit einer Arm CryptoCell mit hardwarebasiertem Root-of-Trust-Secure-Boot, vielen für den Nutzer zugänglichen hardwarebeschleunigten kryptographischen Algorithmen und Firmware-over-the-air-/FOTA-Funktion für zukünftige Firmware-Updates und Bereitstellung von Sicherheitspatches. Der Baustein verfügt über vier Energiesparmodi, um den Stromverbrauch zu senken und gleichzeitig die Reaktionsfähigkeit des Systems zu erhalten. Dazu gehören Ruhezustand, Standby, Smart Sense und Leerlauf. Der Smart-Sense-Modus nutzt die Energiesparfunktionen des Sleep-Modus und ermöglicht es, dass ein Teil der digitalen und analogen Peripherie bei minimalem Prozessoreingriff aktiv bleiben.

Der NCV-RSL15 eignet sich ideal für funkbasierte Anwendungen im Automobilbereich, wie z.B. Fahrzeugzugangssysteme, Reifendruck- und Reifenüberwachungssysteme, die bis zu 10 Jahre lang mit einer einzigen Knopfzelle betrieben werden können. Die kleine Baugröße des NCV-RSL15 (QFNW40-6x6-Gehäuse) macht ihn ideal für tragbare Fernzugriffsgeräte und andere platzbeschränkte Anwendungen im Reifen und im Fahrzeug. Onsemi bietet ein umfassendes und benutzerfreundliches Software-Kit mit einer Bibliothek von Beispielcode für die schnelle Anwendungsentwicklung zur Unterstützung dieser MCU. (na)