當今70%的汽車商選用RKE系統,或將其作為一個標準。RKE系統主要由按鍵加密發送器和車內內置接收器組成,結構框圖如圖1所示。它們主要用在汽車門控制、無線傳感器、汽車無線胎壓監測TPMS等方面,使用的頻率是315 MHz、433.92 Hz。歐洲同時開放了868 MHz頻率來適應RKE系統的增長需求。
圖1 RKE系統結構框圖
RKE系統的用戶可以通過鑰匙鏈發送數據來打開和關閉汽車門。圖1中,用戶可以按下按鍵開關來發起與接收機的通信,通過一串64~128位長度的數據流進行發送器和接收器的會話。該數據流包括前引導碼、命令碼和一串加密滾動碼。通信速率通常選用2~20 kHz之間,采用ASK調制方式,主要為了延長發送部分鑰匙鏈中電池的使用壽命。
功率設計
設計中主要考慮的是低電流消耗情況下的高可靠性、系統的成本以及發送器和接收器的壽命。對于發送器,電池壽命在3~5年是可以滿足要求的。電池壽命對于接收器件也很重要,因為接收器件必須總是在線偵聽發送端數據,典型的電流要求不超過1 mA。一個設計方法是,在一定時間內,接收端保證能夠檢測到有效的發送信號;為了最大限度地節約電量,接收器在其他的時間睡眠。
安全性設計
系統的安全性也是一項主要考慮的因素。通過采用Microchip公司專為RKE系統設計的使用DES算法的安全密鑰芯片HCS300來實現系統數據的安全加密,防止發送的數據被惡意盜取拷貝;同時在接收端使用MC9RS08KA2進行解密和繼電器控制。HCS300的操作電壓為2.0~6.3 V,是一個可編程28位串行碼、64位加密鍵值、66位發送長度、32位跳頻碼、4位按鍵碼、2位狀態碼,具有鍵值讀保護措施的芯片。
DES編碼、解碼圖如圖2和圖3所示。
圖2 DES編碼圖
圖3 DES解碼圖
16位的同步計算器,在每次發送代碼后都要發生改變。它隨按鍵的次數而增加。根據DES算法加密,在每次發送的代碼中,由于同步計數器的變化而使得每次發送的代碼有大于50%的部分不一樣。圖2說明在編碼過程中如何使用HCS300的內部可編程EEPROM,一旦編碼器檢測有按鍵按下,它就立即讀鍵值,同時刷新同步計數器。按鍵和同步計數器經過加密算法處理,輸出數據是32位的加密信息。攜帶按鍵信息的32位代碼和串行碼組成了整個發送碼,將被接收部分接收到。
解碼部分必須先學習發送端的數據碼,學習包括計算發送端的鍵值、解密32位的加密信息和可編程陣列中的串行碼、同步計數器以及鍵值。在正常的操作模式中,每次接收到的有效格式的信息都被計算。串行碼用于表示發送碼是否被學習過。如果發送碼被學習過,那么它的信息被解密和同步計數器值校驗,最后接收系統執行按鍵操作請求。圖3表示了接收部分接收到的信息和它的可編程EEPROM(設計中使用AT24C02)中存儲信息的關系。
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