高級(jí)計(jì)量體系(AMI)中的智能電能表設(shè)計(jì)
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3 嵌入式安全模塊ESAM模塊設(shè)計(jì)
智能電能表通過(guò)固態(tài)介質(zhì)或虛擬介質(zhì)對(duì)電能表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、預(yù)存電費(fèi)、信息返寫(xiě)和下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令，操作時(shí)需通過(guò)嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證或ESAM模塊等安全認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。
嵌入式安全模塊(Embedded Secure Access Module，ESAM模塊)是一種智能CPU卡，ESAM模塊是將智能卡芯片封裝成標(biāo)準(zhǔn)DIP8集成電路模塊的形狀。
電能表中采用的ESAM模塊，是集成了SM1算法的安全認(rèn)證芯片，它內(nèi)部集成有E2PROM，可以存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)安全認(rèn)證的數(shù)據(jù)。可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密處理以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾浴?br /> ESAM模塊安裝在表計(jì)內(nèi)部，其ESAM模塊管腳分配及封裝圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201805.htm
其內(nèi)部的硬件主要包括：
CPU及加密邏輯：保證E2PROM中數(shù)據(jù)安全，使外界不能用任何非法手段獲取E2PROM中的數(shù)據(jù)。
RAM：工作時(shí)存放命令參數(shù)、返回結(jié)果、安全狀態(tài)及臨時(shí)工作密鑰的區(qū)域。
ROM：存放程序的區(qū)域。
E2PROM：存放應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)域，ESAM將數(shù)據(jù)以文件形式保存在E2PROM中，在滿足規(guī)定的安全條件時(shí)，可進(jìn)行讀或?qū)憽?br /> I／O接口：數(shù)據(jù)交換接口，用于數(shù)據(jù)的傳輸。
文件系統(tǒng)：ESAM內(nèi)嵌片上操作系統(tǒng)(Chip Operation System，COS)，對(duì)模塊內(nèi)的基本操作方式為：從數(shù)據(jù)接口接收一條命令，然后經(jīng)過(guò)處理返回應(yīng)答信息給數(shù)據(jù)接口。其處理過(guò)程如圖4，圖5所示。
數(shù)據(jù)在傳輸方式上有3種類型：明文方式、明文校驗(yàn)方式和密文校驗(yàn)方式。當(dāng)數(shù)據(jù)以明文方式進(jìn)行傳輸時(shí)由數(shù)據(jù)管理器將數(shù)據(jù)直接送給命令處理模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)以明文校驗(yàn)或密文校驗(yàn)方式傳輸時(shí)需要加密運(yùn)算器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
ESAM的基本文件系統(tǒng)是由主控文件MF(Master File)，目錄文件DF(Directory File)和基本文件EF(Element File)組成。主文件MF在CPU卡中惟一存在，在MF文件下可以有多個(gè)目錄文件DF和基本文件EF，每一個(gè)MF目錄下的DF可以存放多個(gè)基本文件EF和多個(gè)下級(jí)目錄文件DF，包括下級(jí)目錄的目錄文件為DDF，不含下級(jí)目錄的目錄文件為ADF。EF文件主要包括KEY文件、錢包文件、記錄文件。
CPU卡的內(nèi)部文件采用目錄管理的方式，即主文件管理多個(gè)目錄文件，一個(gè)目錄文件管理多個(gè)基本文件。而在主文件和目錄文件下都有密鑰文件，同時(shí)每個(gè)文件都有訪問(wèn)權(quán)限，即必須達(dá)到某一權(quán)限才能進(jìn)行讀取操作或修改操作。
KEY文件以及文件中的密鑰：每個(gè)DF文件和MF文件下有且只有一個(gè)KEY文件，在任何情況下密鑰均無(wú)法讀出，一旦離開(kāi)該目錄，該目錄下的所有權(quán)限將全部丟失。在KEY文件中可存放多個(gè)密鑰，每個(gè)密鑰為一個(gè)定長(zhǎng)記錄，每條記錄長(zhǎng)度為25個(gè)字節(jié)，記錄中規(guī)定了其標(biāo)識(shí)、版本、算法、屬性以及密鑰本身等相關(guān)內(nèi)容。在滿足KEY文件的增加權(quán)限時(shí)可以用writeKey命令增加一條記錄，只有在滿足某個(gè)密鑰使用權(quán)限時(shí)才可以使用該密鑰，在滿足某個(gè)密鑰修改權(quán)限時(shí)才可能修改密鑰。
4 智能電能表的軟件設(shè)計(jì)
智能電能表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，其主要性能是滿足電能計(jì)量、電能量采集和自動(dòng)控制的可靠性和精度。軟件主要由監(jiān)控程序，鍵盤(pán)掃描程序，顯示程序，設(shè)定程序，MAXQ3180數(shù)據(jù)讀取程序，量程自動(dòng)校正與功率補(bǔ)償程序，數(shù)字濾波程序，算法程序，實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序，分時(shí)電價(jià)程序，網(wǎng)絡(luò)通信程序等組成，采用C++語(yǔ)言編程，并進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。
5 結(jié)語(yǔ)
智能電能表采用了功能模塊化設(shè)計(jì)，使電表的升級(jí)換代更加方便，而且具有統(tǒng)一規(guī)范的規(guī)格要求、顯示要求、外形尺寸、端子接線、材料及工藝等型式要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、檢測(cè)、校驗(yàn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，智能電能表已經(jīng)開(kāi)始初步安裝使用，但離真正意義的智能電能表還有很長(zhǎng)的路要走。智能電能表還需在穩(wěn)步發(fā)展中進(jìn)一步提高，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮重要的推動(dòng)作用。
評(píng)論