上汽飞凡R7智联域控制器模块TBOX的拆解分析

专栏介绍

本专栏将介绍智能汽车控制器的拆解分析，为读者呈现最新的量产控制器的参考设计及选型方案。今天为大家分享的是上汽飞凡R7的智联域控制器模块-TBOX。

上汽飞凡R7的电子架构是由零束研发的，共有智联、智算、智驾、座舱四个域控制器。智联域控即类似于传统的T-box模块。

一、T-BOX简介

TBOX全称：Telematics Box，中文名:远程通信终端,是一种集成了智能信息处理和通信技术的汽车电子模块，它能够实现车辆与外界的无线通信，为驾驶员和车辆提供各种便利与安全保障。智联TBOX一般会安装在车辆仪表盘的下方位置。通过TBOX和手机APP可以实现很多功能，如通过手机APP控制门开关、鸣笛闪灯、开启空调、启动发动机等；还可以实现远程查询车辆状态，油箱剩余油量、电池电量、查询车辆位置、查询车辆是否上锁等功能。总之TBOX给车主带来了非常便利的出行体验。下面将从TBOX外壳、内部电路及系统组成等方面为您解析上汽飞凡R7智联-TBOX的神奇之处。

二、外壳及端子

2.1、外壳

如下图TBOX的外壳由两块金属件组成，正面金属外壳带有散热槽设计

图1 TBOX正面

图2 TBOX背面

2.2、线束端子说明：

图3 TBOX线束端子

TBOX上有电源、UART/CAN总先、以太网端口、4G/5G天线、和GPS天线等端子。

三、TBOX组成

TBOX主要由SOC芯片、MCU芯片、通信模块、加密芯片、交换机芯片、存储芯片、电源管理芯片和GNSS模块组成。如下图：

图4 飞凡R7 TBOX组成思维导图

各模块功能及常用方案：

3.1、SOC芯片的作用及常用型号

SOC芯片是汽车TBOX中的重要组成部分，它负责处理车辆信息和实现各种功能。SOC芯片通常由多个核心组成，每个核心负责不同的任务，使得TBOX可以同时进行多个任务的处理。常用的SOC芯片型号有恩智浦的IMX6和IMX8。这些芯片具有强大的计算和图像处理能力，可以支持高清视频的播放和实时图像的分析，为TBOX提供了强大的计算和处理能力。

3.2、MCU芯片的作用及常用型号

MCU芯片是控制车辆各种传感器和执行器的重要部件，它负责实时监测车辆的状态，并根据需要控制各个系统的运行。常用的MCU芯片型号有英飞凌（Infineon）的TC2x和TC3x系列、恩智浦S32K14X和瑞萨R7F7X等。这些芯片具有高性能和低能耗的特点，可以满足TBOX在车辆控制和监测方面的需求。

3.3、通信模块的功能及常用模块型号

通信模块是TBOX中实现车辆与外界通信的关键组件，它可以通过无线网络连接到互联网，实现车辆信息的传输和远程控制。常用的通信模块型号有华为的ME909s、MH5000系列和移远AG35、AG550、AG520等。这些模块支持5G、4G、3G网络，移远AG520、AG550和华为的MH5000支持V2X，具有稳定可靠的连接性能，能够实现高速数据传输和远程控制功能。

3.4、GPS模块的功能及常用模块型号

GPS模块是TBOX中用于定位和导航的关键部件，它能够接收卫星信号，并通过定位算法计算出车辆的准确位置。常用的GPS模块型号有：和芯星通UM960、UM982和ublox的ZED-F9K、ZED-F9P、ZED-F9H等。这些模块具有快速定位、高精度和稳定性的特点，能够满足TBOX在导航和定位方面的需求。

3.5、交换机芯片的功能及常用芯片型号

交换机芯片是TBOX中实现数据交换和通信的重要部件，它可以实现车辆内各个子系统之间的数据传输和交互。常用的交换机芯片型号有博通（Broadcom）的BCM89x系列和MARVELL 88Q5050等系列。这些芯片具有高带宽和低延迟的特点，能够实现快速的数据传输和实时的系统交互。

3.6、加密芯片的功能及常用芯片型号

加密芯片是TBOX中保证数据安全和防止恶意攻击的关键组件，它可以对数据进行加密和解密，并实现访问控制和身份认证的功能。常用的加密芯片型号有infineonSLE 95250SLS32系列、Maxim DS28E25系列和上海芯钛的TTM2000、TTM3000系列。这些芯片具有高级加密算法和安全性能，能够保护TBOX中的数据免受非法获取和篡改。

四、飞凡R7 TBOX分析

飞凡R7 TBOX组成框图：

图5 飞凡R7的TBOX组成图

图6 PCB正面图

图7 PCB反面图

图8 PCB侧面图

4.1、SOC-恩智浦 MIMX8QX6AVLFZAC

图8 MIMX8QX6AVLFZAC实物图

恩智浦 MIMX8QX6AVLFZAC简介

i.MX 8X系列处理器基于高度集成，可 支持图形、视频、图像处理和语音功能，能够满足安全认证和高能效方面的需求。适合的应用包 括工业自动化和控制、HMI、机器人、楼宇控制、汽车仪表盘、视频/音频、车载信息娱乐系统和 车载信息服务等。

图9 i.MX 8X框图

特征：

处理器复合设备	·2-4个Cortex-A35内核·1个Cortex-M4F内核，进行实时处理·1个Tensilica HiFi 4 DSP
多媒体	·2个-4个Vec4-Shader GPU, OpenGL ES 3.1, OpenCL 1.2 EP, OpenVG 1.1, Vulkan·视频：4K H.265 dec
存储器	·16/32位DDR3L-1866和LPDDR4-2400 ·1个Octal SPI或2个Quad SPI·ECC功能①.Cortex-A35 L1缓存奇偶校验②.Cortex-A35 L2缓存ECC③.sDDR接口上的ECC保护
显示器&摄像头	·2个组合MIPI DSI (4通道) / LVDS (1080p)·24位并行显示器I/F (WXGA)·SafeAssure故障恢复显示屏·1个4通道MIPI CSI2·1个并行8位CSI (BT.656)
连接	·2个SDIO3.0 [或1个SDIO3.0 + 1个eMMC5.1]·USB 2.0和3.0 OTG支持，带PHY·2个以太网AVB MAC·3个CAN / CAN FD·MOST 25/50·PCIe 3.0 (单通道)，提供L1子状态·1个12位ADC (6通道)·4个SPI, 1个ESAI, 4个SAI, 1个键盘·4个I2C (高速), 4个I2C (低速) ·1个SPDIF
安全性	·高可靠性的启动，SHE·TRNG，AES-128，AES-256，3DES，ARC4，RSA4096，SHA-1，SHA-2，SHA-256，MD-5·RSA-1024，2048，3072，4096和安全密钥存储·10个篡改引脚(有源和无源)·在线加密引擎(AES-128)

4.2、MCU-瑞萨 R7F7015833

图10 R7F7015833 实物图

R7F7015833 即为瑞萨车规级芯片RH850。RH850产品组合图:

RH850简介：

RH850/C1M-Ax 微控制器配备 RH850 系列 G3MH（C1M-A2 为双核）CPU 内核（C1M-A1 工作频率为240MHz、C1M-A2 工作频率为 320MHz），拥有出色的处理能力。除 ROM、RAM 和 DMA 外，这款微控制器还内置多种定时器（如电机控制定时器）、多种串行接口（如 CAN，其中 CAN FD 兼容）、12 位 A/D 转换器 (ADC)、可将旋转变压器输出信号转换为数字角度信息的 R/D 转换器 (RDC3A) 、CPU 以及并行电机控制单元 (EMU3) 等，还配备有适用于 HEV/EV 电机控制的多种外围功能。此外，C1M-A2 可以同时控制两个电机。

RH850特性：

CPU 内核：	C1M-A1：240MHz 内核（内含锁步双核 x1）C1M-A2：320MHz 内核 x2（内含锁步双核 x1）FPU
计时器：	主振荡器：20MHz带可选 SSCG 模式的 PLL：240MHz 或 320MHz不带 SSCG 模式的 PLL：80MHz片上低速振荡器：240kHz数据传输：DMAC / DTS
定时器：	定时器阵列单元 D (TAUD) 2 或 4 个单元定时器阵列单元 J (TAUJ) 1 或 2 个单元电机控制定时器 (TSG3) 2 或 3 个单元编码器定时器 (ENCA) 2 个单元
模拟：	SAR A/D 转换器 30 或 48 通道，3 个单元
通信接口：	时钟串行接口 H (CSIH) 3 通道CAN 接口 (RS-CANFD) 4 通道LIN 接口 (RLIN3) 3 通道串行通信接口 (SCI3) 3 通道RSENT 4 通道
电机控制：	电机控制定时器 (TSG3) 2 或 3 个单元R/D 转换器 (RDC3A) 1 或 2 个单元增强型电机控制单元（EMU3）1 个单元
安全：	多输入签名生成器 (MIST)时钟监视器看门狗定时器安全看门狗定时器内存保护功能
电源电压：	1.15V - 1.35V（CPU 内核）4.5V - 5.5V（I/O、系统、AD 转换器、RD 转换器）
温度：	Tj= -40° - +150°

4.3、5G+V2X模块-移远 AG550

AG550简介:

AG55xQ 是移远通信开发的一系列车规级 5G NR Sub-6 GHz 模块，支持 5G NR 独立组网（SA）和非独立组网（NSA）模式。采用 3GPP Rel-15 技术，该模块在 5G NSA 模式下最高可支持 2.4 Gbps 下行速率和 550 Mbps 上行速率，在 LTE-A 网络下最高可支持 1.6 Gbps 下行速率和 200 Mbps 上行速率。通过其 C-V2X PC5 直通通信功能（可选），AG55xQ 可广泛应用于车联网领域，为实现智能汽车、自动驾驶和智能交通系统的建立提供可靠解决方案。同时，该模块支持双卡双通（可选）和丰富的功能接口，为客户开发应用提供了极大的便利。其卓越的 ESD 和 EMI 防护性能，确保其在恶劣环境下的强大鲁棒性。

AG55xQ 包含 AG550Q（5G + DSSS + C-V2X）、AG551Q（5G + DSSS）、AG552Q（5G + DSDA）和 AG553Q（5G +DSDA + C-V2X）四个系列；为满足不同的市场需求，各系列分别包含多个型号：AG55xQ-CN、AG55xQ-EU、AG55xQ-NA 和 AG55xQ-JP。同时，各系列模块向后兼容现有的 GSM、UMTS 和 LTE 网络，因此在目前没有部署5G NR 网络的地区以及没有 3G/4G 网络覆盖的偏远地区均可实现连接。

AG550特点：

·符合 IATF 16949 及 APQP、PPAP 等汽车行业质量管理流程要求基于高通 SA515M 芯片（符合 AEC-Q100 标准）而开发的车规级解决方案

·5G NR Sub-6 GHz 模块，支持独立组网和非独立组网模式

·向下兼容 4G（Cat 19）/3G/2G 网络

·MIMO 技术满足无线通信系统对数据速率和连接可靠性的要求

·可选 C-V2X PC5 Mode 4 直通通信

·可选双卡双通技术（DSDA），满足客户不同应用需求

·可选单频 GNSS、双频 GNSS、PPE（RTK）和 GNSS/QDR 组合导航解算，满足不同环境下对定位精度和速度的不同程度需求

·增强功能特性：DFOTA、VoLTE、QuecOpen、高安全性等

·超宽工作温度范围（-40 °C ~ +85 °C）、+95 °C 以下 eCall 应用、优越的抗电磁干扰能力满足车载及其他恶劣环境下的应用需求

4.4、加密芯片-芯钛 TTM2000A11

芯钛 TTM2000A11简介：

Mizar TTM2000是一款面向汽车电子领域的灵活、可靠、安全、合规的加密芯片产品。该产品针对车联网V2X应用安全进行了专门的开发设计，能够完全满足C-V2X和DSRC等应用场景所需的消息认证性能、安全证书管理等需求。

TTM2000特点：

标准和认证	- EVITA 硬件安全模块Full级架构设计- AEC-Q100等级1要求- 国家密码局安全芯片等级2级
产品特性	- ARM SecureCore SC300 32-Bit RISC Core，80Mhz- 120.0DMIPS (Dhrystone v2.1)；- Memory Protection Unit (MPU)；- 24-bit SysTick 定时器；- 3.3V 和 1.8V供电,IO引脚电平为3.3V - 工作温度范围：-40℃ - 125℃- 封装LQFP-64, QFN-64（TBD）
安全特性	- 具有硬件 “信任根”防篡改检测功能，物理屏蔽层防护设计，抗侧信道攻击防护设计- 内部集成国际标准和中国国家密码局标准的硬件密码算法单元- 4路独立TRNG- 硬件加密Flash，密钥加密安全存储- 看门狗定时器(WDT)- 高/低电压异常检测- 温度异常检测
密码算法单元	- 高速ECDSA（NIST-P256）- 高速SM2- 高速SM3- RSA（up to 2048 bits）- ECC-256- SHA-256- AES- DES- SM4
系统保护	- 每颗芯片均有32位唯一的序列号- 完善的生命周期状态管理- 使用国产密码算法的系统安全启动
通信特性	- 2个集成SPI控制器，可配置为Master/Slave模式- 1个UART控制器- 1个I2C- 5通道GPIO，可配置为Input/Output，或者作为外部中断输入；- 1个外部定时器- 1个Watchdog- 8通道DMA控制器- 多种类、可配置 IO 连接实现更优性能和灵活性
存储器	- 512KB 内部 Flash，支持ECC- 160KB SRAM- 安全 ROM
关键密码单元性能设计目标	- 超高速SM2/ECDSA(NIST P-256)单元：>4000次验签/秒；- 高速通用曲率ECDSA单元：>1500次验签/秒； - 高速SM3单元：>500Mbps- 高速SHA单元：>500Mbps

4.5、交换机芯片-MARVELL 88Q5050

Marvell 88Q5050简介:

Marvell 88Q5050 是一款 8 端口、高安全性车载千兆以太网交换芯片，是完全符合 IEEE802.3 和 802.1 车规 标准，具备高级安全功能以防范网络威胁（如黑客和拒绝服务 (DoS) 攻击）。该 8 端口以太网交换芯片有 4 个固定的 IEEE 100BASE-T1 端口，以及 4 个可配置端口,其可选择性包括 1 个 IEEE 100BASE-T1、1 个 IEEE 100BASE-TX、2 个 MII/RMII/RGMII、1 个 GMII 端口和 1 个 SGMII 端口。该 交换芯片提供本地和远程管理功能，用户可轻松访问和配置该设备。通过 AEC-Q100 等级 2 认证，此方案采用了 Marvell 针对车载以太网芯片安全根源而设计的最高硬件安全功 能，以防止对车辆中数据流的恶意攻击或危害。该款先进的交换芯片采用深度包检测 (DPI) 技术和安全启动功 能，以提供业内最安全的车载以太网交换机。所有以太网端口都支持地址黑名单和白名单功能，以进一步提高其 安全性。

框图

特点

处理器	集成 ARM Cortex-M7 CPU，250 MHz
IO 接口	•4 IEEE 100BASE-T1•其余四个端口可配置如下：- IEEE 100BASE-T1- IEEE 100BASE-TX- MII/RMII/RGMII - GMII - SGMII•2 SMI - 主接口可连接至外接 PHY 或其他交换机- 从属接口用于管理交换机•可配置 GPIO•工作时钟频率可配置 (19.2 MHz-83.3 MHz) 的 QSPI 接口•TWSI 主接口•JTAG
封装特性	128 引脚 LQFP 封装，0.5 mm 间距，14 mm x 20 mm
EEPROM	带加载器的从属接口，用以配置交换机 (32 Kb-512 Kb)
交换矩阵	Gigabit 交换矩阵

4.6、存储芯片

eMMC三星 8G KLM8G1GEUF

DDR4三星 2G K4F6E3S4HM

①、KLM8G1GEUF

三星eMMC是以BGA封装形式设计的嵌入式MMC解决方案。eMMC操作与MMC设备相同，因此是使用MMC协议v5.1（行业标准）对存储器进行简单读写。

eMMC由NAND闪存和MMC控制器组成。NAND区域（VDDF或VCC）需要3V电源电压，而1.8V或3V双电源MMC控制器支持电压（VDD或VCCQ）。三星eMMC支持HS400以提高顺序带宽，特别是顺序读取性能。

使用eMMC有几个优点。它易于使用，因为MMC接口允许与任何带有MMC主机的微处理器轻松集成。

由于嵌入式MMC控制器将NAND技术与主机隔离，因此NAND的任何修订或修正对主机来说都是不可见的。这导致更快的产品开发和更快的上市时间。

②、DDR4三星 2G K4F6E3S4HM

K4F6E3S4HM-THCL是一款多功能LPDRAM，移动解决方案的理想之选三星的 LPDDR4是一款突破性产品，不但数据传输速度更快，而且能耗更低，从而为超薄设备、人工知能 (AI)、虚拟现实 (VR) 和可穿戴设备提供了更多设计方面的选择。

特点：

·双数据速率架构；每个时钟周期两次数据传输

•双向数据选通器（DQS_t、DQS_c），与接收器捕获数据时使用的数据一起发送/接收

•差分时钟输入（CK_t和CK_c）

•差分数据选通器（DQS_t和DQS_c）

•输入正CK边的命令和地址；DQS的两个边缘参考的数据和数据掩码

•每个模具2个通道组成

•每个通道8个内部银行

•DMI引脚：正常写入和读取操作时的DBI（数据总线反转），DBI关闭时用于屏蔽写入的数据屏蔽（DM）

-DBI打开时屏蔽写入的DQ 1的计数#

•突发长度：16，32（OTF）

•突发类型：连续

•读写延迟：请参阅表64 LPDDR4 AC时序表

•每个突发访问的自动预充电选项

•可配置的驱动强度

•刷新和自刷新模式

•部分阵列自刷新和温度补偿自刷新

•写入调配

•CA校准

•内部VREF和VREF培训

•基于FIFO的写/读训练

•MPC（多用途指挥）

•LVSTL（低压摆动端接逻辑）IO

•VDD1/VDD2/VDDQ:1.8V/1.1V/1.1V

•VSSQ终端

•无DLL:CK到DQS不同步

•边缘对齐的数据输出，数据输入中心对齐的写入训练

•刷新率：3.9us

4.7、GNSS模块-UBLOX ZED-F9K-00B

ZED-F9K简介

ZED-F9K模块采用u-blox F9 GNSS平台，为最具挑战性的汽车用例提供连续分米级的定位精度。LAP 1.30支持L1/L2/E5B和L1/L5频段均可实现最大的灵活性、卫星可用性和安全性。复杂的内置算法巧妙地融合了IMU数据、GNSS测量、车轮滴答声，以及车辆动力学模型，以识别单独的GNSS将失效的车道。模块本机支持u-box PointPerfect GNSS增强服务。它提供多种全球导航卫星系统

和IMU输出并行，以支持所有可能的架构，包括一个50 Hz的传感器保险丝具有非常低延迟的解决方案。它还实现了高级实时应用，如增强现实，而优化的多波段和多星座能力使可见光的数量最大化卫星，即使在城市条件下。该设备是一个独立的解决方案，可提供尽可能好的系统性能。

审核编辑：汤梓红