《2023 DigiKey 汽车应用创意挑战赛》车辆操控日志记录仪

codingtuzi · 发表于 2024-1-31 23:14:55

本帖最后由 codingtuzi 于 2024-2-4 06:10 编辑

一、项目名称
车辆操控日志记录仪

二、项目概述

CAN总线在当下汽车控制系统中占据主要地位。汽车主对各个模块ECU的控制命令的发送均基于CAN总线。因此，对汽车CAN总线的监控就可以基本了解到当前汽车的运行状态，操作控制指令等。

本次项目将采用ST公司STM32H563芯片，其为Cortex-M33内核，主频250MHz，内置Trust Zone安全管理器，支持安全可信执行环境（TEE）软件，兼容TF-M PSA API，并且提供了交钥匙安全服务，如加密、安全密钥和数据存储以及认证等。搭载了FDCAN外设接口2个，多路LIN总线。在存储方面支持SDMMC高速外设接口，便于与TF卡读写操作，用于保存监听的数据。

三、项目实现方案

本以采用基于Cortex-M33内核的STM32H563,激活其安全区域功能。本次项目也依托安全TruustZone来实现私有数据加密保护，访问与保存。

3.1 系统框图 车辆操控日志记录仪_系统框图.png

3.2 系统硬件外设

在外设规划上面，我们将依系统功能作如下设置：

对于CAN外设1，将其设置为Security，即其可以监听加密通讯（协议未公开）的CAN总线数据。对其数据的解析，使用加密的算法亦在安全区内完成，让数据仅在安全区域内流转，以防止非法篡改。与安全区域外设对应，非安全区域的CAN外设2则用来监听或操作直接暴露或公开数据的系统组件。

汽车系统CAN总线中，必然有部分车辆状态信息以广播的形式对外发布，比如车速，胎压，发动机转速等，用以与第三方厂商合作开发的配件使用。这些数据不适宜在安全区域运行，也没有必要在安全区域运行，因此将其放置于非安全区域。

对于SDMMC外设，其主要负责TF卡数据的读写操作。TF卡体积小，隐蔽性强，对其如果保留在安全区域则较难脱密与保护密钥。针对此问题的workaround办法，我采取在对数据进行本地加密，将本地加密后的数据再同步到非安全区域，即使TF卡被非法获取，对于加密数据其无密钥亦无法解密，而对于公共数据，公开数据则无需加密，TF卡转存也充分体现了其便利性。

I2C外设，在本项目中用于读写EEPROM，主要保存设备配置信息。与汽车系统无关，划分到非安全区域降低系统安全耦合性。

RNG外设，在对数据进行保存时，需要将安全区数据进行加密，并附带上设备的电子指纹，启动RNG后，对数据的暴力破解将成为“不可能完成”的任务。

LED灯，作为状态指示灯，在安全区与非安全区各设置了两颗，用于指示包括CAN通讯，加密工作状态等状态。我在本次设计中使用了Timer的PWM波输出，让状态指示灯可以实现呼吸灯效果。

3.3 软件设计

软件设计采用bare-metal，并没有使用RTOS，主要考虑到处理任务较少，工作集中等因素。

对CAN通讯采用中断的方式触发与响应，待接收完成后，对数据进行处理。之后，如果符合数据保存的过滤条件后，则对数据进行写入SD卡操作。

3.4 上电过程