分析智能電表設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)2：電流消耗

SoC的電流消耗是影響應(yīng)用/解決方案的電池壽命的主要因素。因此，在電池供電模式下運(yùn)行的應(yīng)用要求SoC具有非常低的電流消耗。燃?xì)庥?jì)/流量計(jì)不與電源直接連接。

因此，它們只能由電池進(jìn)行供電。因此，與電表相比，這些應(yīng)用對(duì)電流更加敏感。這一特性非常重要，因?yàn)橛?jì)量表的平均使用壽命約為15年，客戶當(dāng)然不希望每隔幾年就更換電池。

因此，與電表相比，燃?xì)?流量計(jì)應(yīng)用對(duì)這些限制更加敏感。在典型燃?xì)?流量計(jì)解決方案中，儀表大多數(shù)時(shí)間都保持在低能耗狀態(tài)。它將定期隔喚醒以計(jì)算能量消耗，存儲(chǔ)數(shù)值，并可能重置脈沖計(jì)數(shù)器等。

另外，燃?xì)?水/熱量的消耗模式不同于電能，因?yàn)樗鼈儾幌耠娔菢訜o時(shí)無刻不在使用。因此，內(nèi)核不必總是處于通電狀態(tài)?！暗凸β誓Ｊ诫娏鳌睂缪葜匾慕巧ＴS多公司認(rèn)為低功耗模式電流的范圍是1.1μA-2μA(休眠模式待機(jī)電流)。

另一個(gè)關(guān)注領(lǐng)域是SoC的啟動(dòng)時(shí)間及相關(guān)的電流消耗。由于應(yīng)用要求儀表必須定期喚醒，因此啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電流將非常關(guān)鍵。因此，此類SoC中使用的內(nèi)核比處理速度等其它因素更加重要。

挑戰(zhàn)3：安全、防護(hù)和檢測(cè)

安全性、篡改保護(hù)和檢測(cè)性能主要取決于最終應(yīng)用的復(fù)雜性。滿足這項(xiàng)要求可以很簡(jiǎn)單，只需要能夠檢測(cè)到是否有人試圖打開儀表蓋，或是否非法訪問SoC并更改計(jì)費(fèi)軟件。

但是，也可能會(huì)非常復(fù)雜，要讓連接以太網(wǎng)的儀表能夠防止黑客攻擊或保護(hù)儀表中的用戶數(shù)據(jù)，這是GPRS/CDMA/ZigBee網(wǎng)絡(luò)解決方案的一部分。這些要求存在很大的差異，因?yàn)橛?jì)量能夠或應(yīng)該能夠支持不同類型的解決方案。

對(duì)于獨(dú)立解決方案，儀表不屬于基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)量解決方案的一部分，抄表和計(jì)費(fèi)都是手動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)安全性、防護(hù)和檢測(cè)的要求會(huì)很低，因?yàn)楣魡蝹€(gè)儀表不會(huì)影響其它儀表。因此，服務(wù)提供商可能會(huì)選擇前面提到的比較簡(jiǎn)單的檢測(cè)方案。

在儀表窗口和儀表蓋之間形成一個(gè)電流路徑便可以檢測(cè)儀表蓋是否被打開。只要有人試圖打開儀表，該電流會(huì)被中斷，對(duì)于篡改電表的操作也是如此。

使用密碼保護(hù)SoC內(nèi)部寄存器可以防止有人未經(jīng)授權(quán)對(duì)SoC進(jìn)行重新編程。除非有正確的密碼，否則無法重新編程，任何此類失敗的嘗試都會(huì)顯示為篡改企圖。

對(duì)于基于網(wǎng)絡(luò)的解決方案，僅僅通過檢測(cè)或簡(jiǎn)單的密碼保護(hù)不能解決安全問題。需要更加嚴(yán)格的保護(hù)，因?yàn)閮x表是網(wǎng)絡(luò)的一部分，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)(儀表)受到黑客攻擊，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)暴露給黑客攻擊。

在這些情況下，安全性分為軟件和硬件層，這兩個(gè)層又進(jìn)一步劃分為多個(gè)層。為了解決這些問題，行業(yè)制定了EN13757、HomePlug、ISA100.11a、ANSI/EIA/CEA-709.1-B-2000和EN14908等許多協(xié)議。

計(jì)量革命的興起很大程度上取決于智能電表所支持的通信模式的發(fā)展。這類通信對(duì)安全性提出了很高的要求。因?yàn)樵谒型ㄐ拍Ｊ疆?dāng)中，這類通信模式會(huì)使儀表/儀表網(wǎng)絡(luò)最容易遭受黑客攻擊。

以基于智能卡的預(yù)付費(fèi)計(jì)量為例。這種解決方案使用SPI(串行外設(shè)接口)在智能卡和儀表MCU之間傳輸數(shù)據(jù)。智能卡將數(shù)額存儲(chǔ)在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中，插入儀表后，儀表會(huì)根據(jù)消耗量不斷扣除數(shù)額。

簡(jiǎn)單的攻擊行為可能是對(duì)智能卡進(jìn)行重新編程或復(fù)制。在這種情況下，防止此類篡改的一種方法是對(duì)存儲(chǔ)在智能卡里的數(shù)據(jù)(如真實(shí)性數(shù)據(jù)和數(shù)額)進(jìn)行加密。儀表首先解密這些數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行處理。

在智能卡上寫回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，會(huì)遵循同樣的加密流程。這樣，只要加密算法和加密密鑰沒有被暴露，儀表就會(huì)受到保護(hù)。事實(shí)上，無論采用哪種通信方式，幾乎所有的計(jì)量解決方案都使用加密功能，以保證安全性不會(huì)受到損害。

加密的類型和復(fù)雜性主要取決于所使用的通信協(xié)議類型。GPS/GPRS/CDMA、以太網(wǎng)等通信協(xié)議需要更加復(fù)雜的加密。因此，還采用了特殊硬件以降低軟件依賴性，同時(shí)，通過減少內(nèi)核開銷增強(qiáng)了芯片性能。