分析智能電表設(shè)計的挑戰(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行的應(yīng)用要求SoC具有非常低的電流消耗。燃?xì)庥?流量計不與電源直接連接。

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)用對電流更加敏感。這一特性非常重要，因為計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)?流量計應(yīng)用對這些限制更加敏感。在典型燃?xì)?流量計解決方案中，儀表大多數(shù)時間都保持在低能耗狀態(tài)。它將定期隔喚醒以計算能量消耗，存儲數(shù)值，并可能重置脈沖計數(shù)器等。

另外，燃?xì)?水/熱量的消耗模式不同于電能，因為它們不像電那樣無時無刻不在使用。因此，內(nèi)核不必總是處于通電狀態(tài)。“低功率模式電流”將扮演重要的角色。許多公司認(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)。

另一個關(guān)注領(lǐng)域是SoC的啟動時間及相關(guān)的電流消耗。由于應(yīng)用要求儀表必須定期喚醒，因此啟動時間和啟動電流將非常關(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

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

但是，也可能會非常復(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，因為計量能夠或應(yīng)該能夠支持不同類型的解決方案。

對于獨立解決方案，儀表不屬于基于網(wǎng)絡(luò)的計量解決方案的一部分，抄表和計費都是手動進(jìn)行的，對安全性、防護(hù)和檢測的要求會很低，因為攻擊單個儀表不會影響其它儀表。因此，服務(wù)提供商可能會選擇前面提到的比較簡單的檢測方案。

在儀表窗口和儀表蓋之間形成一個電流路徑便可以檢測儀表蓋是否被打開。只要有人試圖打開儀表，該電流會被中斷，對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顯示為篡改企圖。

對于基于網(wǎng)絡(luò)的解決方案，僅僅通過檢測或簡單的密碼保護(hù)不能解決安全問題。需要更加嚴(yán)格的保護(hù)，因為儀表是網(wǎng)絡(luò)的一部分，如果一個節(jié)點(儀表)受到黑客攻擊，那么整個網(wǎng)絡(luò)都會暴露給黑客攻擊。

在這些情況下，安全性分為軟件和硬件層，這兩個層又進(jìn)一步劃分為多個層。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。這類通信對安全性提出了很高的要求。因為在所有通信模式當(dāng)中，這類通信模式會使儀表/儀表網(wǎng)絡(luò)最容易遭受黑客攻擊。

以基于智能卡的預(yù)付費計量為例。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)額存儲在其內(nèi)部存儲器中，插入儀表后，儀表會根據(jù)消耗量不斷扣除數(shù)額。

簡單的攻擊行為可能是對智能卡進(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存儲在智能卡里的數(shù)據(jù)(如真實性數(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。

在智能卡上寫回數(shù)據(jù)時，會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，儀表就會受到保護(hù)。事實上，無論采用哪種通信方式，幾乎所有的計量解決方案都使用加密功能，以保證安全性不會受到損害。

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，通過減少內(nèi)核開銷增強(qiáng)了芯片性能。