T-BOX系统解决方案深度剖析之无线连接单元

Jacktang

T-BOX系统解决方案深度剖析之无线连接单元 [复制链接]

远程信息处理控制单元（TCU或T-BOX）是一种嵌入式车载系统，可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。

在T-BOX中，无线连接单元主要包括以下四个模块，GSM/GPRS/LTE，GPS，Wi-Fi以及Bluetooth。

图- 1

 

1）  GSM/GPRS/LTE

GSM/GPRS/LTE都属于移动通信技术。GSM（Global System for Mobile Communications）是第二代移动通信系统，也就是我们常说的2G；GPRS（General Packet Radio Service）是基于GSM 基础上开发的通用分组无线业务，俗称2.5G；LTE（Long Term Evolution）则是第四代移动通信系统，也就是3.9G，LTE-A为4G。

它们的速度等级如下式所示：GSM < GPRS < LTE。通常情况下，这些通信系统不单独存在，例如高通处理器集成了4G通信模块。正如前面的紧急呼叫单元提及，当遇到紧急状况时，呼叫中心通过这些通信模块与车主通话取得联系。

2）GPS

GPS（Global Positioning System）主要为跟踪或导航提供车辆的位置坐标。正如前面的紧急呼叫单元提及，当遇到紧急状况时，呼叫中心可以通过GPS模块获取车辆的具体定位，从而及时展开救援工作。

3） Wi-Fi

在T-BOX的应用中，Wi-Fi主要以无线热点的形式连接车上的电子设备，如手机、平板、电脑等。TI的解决方案包括SimpleLink™ Wi-Fi® solutions以及WiLink™ 8 solutions。

SimpleLink™ Wi-Fi® solutions依赖于微控制器系统，微控制器只是想添加以太网功能，以便发送简单的状态信息或接收控制命令，用户无需精通射频/Wi-Fi理论即可迅速开启设计，缩短开发周期；WiLink™ 8 solutions应用于对吞吐量、性能和集成度要求较高的典型微处理器系统，如硬盘驱动、电子书等。它们的区别可总结如下表-1所示：

	SimpleLink Wi-Fi		WiLink
	Wireless MCU (SoC)	Network Processor
主处理器	MCU （内部集成）	MCU（外部）	MPU（外部）
操作系统	RTOS /None		Linux/Android/RTOS
数据吞吐量(MBPS)	<20		100
支持带宽(GHz)	2.4		2.4/5
集成网络协议 TCP/IP	√		−
物联网端到端安全	√	−	−
低功耗优化	√		−
监控认证	√		−
Wi-Fi+BLE共存	√（BLE外置）		√（BLE+BT集成）
SimpleLink MCU平台支持	√		−
云物联网支持	HomeKit, AWS, Azure, IBM and more		HomeKit
相关产品	CC3200	CC3100	WL1801,WL1805,WL1807, WL1831,WL1835,WL1837

表- 1

在T-BOX的应用中可使用WiLink系列，如WL1831。该系列的6款芯片主要区别在于是否带有低功耗蓝牙、TX电流大小以及工作温度范围等。主要区别如表-2所示。

 

	WL1801		WL1805	WL1807	WL1831			WL1835		WL1837
处理器	External MPU
技术支持	Wi-Fi				Bluetooth low energy/Wi-Fi
数据吞吐量(MBPS)	100
RX灵敏度(dBm)	-96
TX电流(mA)	247	247		238		247	247		238
工作温度范围 (℃)	-20 to 70	-20 to 70		-40 to 85		-20 to 70	-20 to 70		-40 to 85
封装	MOC (100 pin LGA Module)

表- 2

该系列特点列举如下：

• 设计简捷：集成了射频以及电源管理部分，即使不需具备射频/Wi-Fi的专业知识也能随时开启设计；
• 性能优越：优化了实时在线配置文件功能；在使用电池供电的场合可采用低功耗模式；高吞吐量；覆盖范围广。

 

4） Bluetooth

将蓝牙技术应用于汽车领域的原因有很多：与智能手机和可穿戴设备有良好的互操作性；低功耗，在电池供电场合下可延长使用时间；模块小巧，不会占用太多汽车空间；为许多新出现的应用程序提供高性价比的解决方案，例如汽车门禁、汽车共享、遥控泊车等，这引发了智能手机等互联设备的新一轮创新。

TI的车规级低功耗蓝牙芯片包括CC2640R2F-Q1以及CC2541-Q1，它们的区别如下表所示：

参数	CC2640R2F-Q1	CC2541-Q1
温度范围	-40°C to 105°C (Grade 2)
蓝牙规范	Bluetooth v4.2 +	Bluetooth v4.0
SW升级可用于将来的BLE规格更新	√	−
供电电压范围	1.8 – 3.8 V	2.0 – 3.6 V
电流消耗@ 最大RX 灵敏度 电流消耗@ TX输出功率为0dBm	6.2 mA 6.9 mA	18.3 mA 18.6 mA
操作系统	√(TI-RTOS)	−
片上DC-DC	√	−
关机电流	150 nA	500 nA
待机电流	1 µA	1 µA
MCU	32-bit ARM Cortex-M3 (48 MHz)	8-bit 8051 (32 MHz)
嵌入式Flash / RAM	128 KB + 8 KB cache / 20 KB + On Chip ROM	256 KB / 8 KB
输出功耗	+5 dBm	0 dBm
接收灵敏度	-97 dBm	-94 dBm
链路预算	102dB	94dB
封装	车规级RGZ QFN48-7x7 w	RHA QFN40-6x6 w
同步连接	Up to 8 (Multi-Role)	Up to 3 (Central to Peripheral)
GPIO	31	23

表- 3

TI主推CC2640R2F-Q1，其特点列举如下：

• 超低功耗：待机电流为1 µA，可在汽车模块上实现长久电池寿命和较低空间占有率；
• 射频性能优异，超长传输距离：灵敏度达97dBm，链路预算达102dB；
• 可靠性高：通过AEC-Q100 认证，温度范围为 -40°C 到105°C (Grade 2)，采用可湿侧面封装；
• 灵活的平台支持：具有独立应用和无线领域的多核SoC，支持蓝牙 4.2 和蓝牙 5。

 

TI有相应的评估板以及软件支持：

• SimpleLink™ 低功耗 Bluetooth® CC2640R2F 无线 MCU LaunchPad™ 开发套件
• SimpleLink™ CC2640R2 SDK - Bluetooth® low energy