分析智能電表設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)4：即時(shí)軟件更新

由于更換儀表涉及高昂費(fèi)用，因此服務(wù)提供商希望儀表的使用時(shí)間能夠超過(guò)十年，甚至多達(dá)15年。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)SoC時(shí)應(yīng)該使其硬件能夠滿足未來(lái)需求，如：收費(fèi)方案變更、分時(shí)段計(jì)量、夏令時(shí)變更等，而不必更換儀表，也不會(huì)中斷為消費(fèi)者提供的服務(wù)。

這向設(shè)計(jì)人員提出了兩個(gè)挑戰(zhàn)：一個(gè)挑戰(zhàn)是SoC如何在儀表工作時(shí)進(jìn)行軟件升級(jí)，第二個(gè)挑戰(zhàn)是無(wú)縫切換到新固件，同時(shí)這種變化不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)中斷。

第一步是確保在不需要切斷電源或關(guān)掉儀表的情況下將補(bǔ)丁從外部源轉(zhuǎn)移到SoC。第二步是在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下啟動(dòng)該補(bǔ)丁，使新固件可以生效。

但是，取決于SoC的復(fù)雜性和智能程度，將數(shù)據(jù)從外部加載器傳輸?shù)絊oC的方式與SoC之間的傳輸是不同的。基本的電表SoC可能沒(méi)有GPRS或以太網(wǎng)等高級(jí)外設(shè)。

在這種情況下，簡(jiǎn)單的外設(shè)，如：SCI、SPI或I2C，可用來(lái)將數(shù)據(jù)(補(bǔ)丁)從外部源傳輸?shù)絊oC。然而，這會(huì)涉及內(nèi)核，因?yàn)閮?nèi)核需要讀取外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器，然后執(zhí)行閃存寫(xiě)入操作。

通過(guò)采用能夠直接連接存儲(chǔ)器和外部世界的外設(shè)，可以最大程度地降低這項(xiàng)要求。這樣，內(nèi)核能夠在將新軟件加載到存儲(chǔ)器的同時(shí)執(zhí)行其它任務(wù)。可以使用DMA輕松地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器，不需要內(nèi)核介入。

然而，上面討論的所有方法都面臨一個(gè)重大挑戰(zhàn)：更新流程基本上是手動(dòng)完成的，人們需要手動(dòng)連接固件加載器和SPI、SCI或USB。這會(huì)增加固件更新的費(fèi)用。

使用ZigBee收發(fā)器、GPRS/GSM/CDMA、以太網(wǎng)、PLC等高級(jí)通信方式可以更高效地進(jìn)行固件更新。如果使用ZigBee收發(fā)器，通過(guò)手持設(shè)備就能夠建立與儀表的無(wú)線連接，確定其真實(shí)性，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這不會(huì)完全消除人工操作，但是通過(guò)加速整個(gè)操作過(guò)程，大大減少了手動(dòng)操作。

其它模式，如：以太網(wǎng)、GPRS/GSM/CDMA、PLC等不需要任何人工介入。服務(wù)提供商的中央服務(wù)器會(huì)根據(jù)指令將軟件代碼傳輸?shù)絊oC，也會(huì)根據(jù)該指令建立網(wǎng)絡(luò)。對(duì)SoC進(jìn)行編程，使其把接收到的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器，然后軟件重置會(huì)發(fā)起軟件更新流程。

該問(wèn)題涉及的另一部分是，要在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下從內(nèi)核執(zhí)行代碼。該架構(gòu)可以支持啟動(dòng)選項(xiàng)編程，可對(duì)SoC進(jìn)行編程，從而在下一個(gè)低功率或軟件生成的重置時(shí)從另一個(gè)指定位置啟動(dòng)。還可以使該架構(gòu)選擇從RAM啟動(dòng)，以便新代碼可以保存到RAM，然后在下一次重置/低功率模式恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)可以從RAM啟動(dòng)，而不是從閃存啟動(dòng)，然后新的更新將生效[3]。

挑戰(zhàn)5：數(shù)據(jù)處理

隨著系統(tǒng)/解決方案推出越來(lái)越多的功能，儀表需要控制的任務(wù)和處理的數(shù)據(jù)也大幅增加。因此，根據(jù)應(yīng)用和SoC內(nèi)核的負(fù)載，設(shè)計(jì)人員可能決定遷移到32位內(nèi)核或者采用強(qiáng)大的DSP內(nèi)核，使應(yīng)用(通信等)和計(jì)量部件不會(huì)互相影響。

通過(guò)在SoC中采用額外硬件，還可以分擔(dān)內(nèi)核的計(jì)算工作量，額外的硬件只負(fù)責(zé)各種計(jì)算工作，因?yàn)橛?jì)量應(yīng)用是高度計(jì)算密集型的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)匯集器和計(jì)量網(wǎng)關(guān)受系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力的影響最大，因?yàn)樗鼈冃枰幚泶罅繑?shù)據(jù)。同時(shí)，它們需要支持用戶接口，進(jìn)一步增加了相關(guān)的數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性和相應(yīng)的要求。因此，未來(lái)可能會(huì)推出多核SoC以支持龐大的網(wǎng)絡(luò)。