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智能电表设计挑战诸多 成功计量解决方案(3)

北极星智能电网在线  来源:OFweek智能电网    2011/5/27 14:58:53  我要投稿  

在仪表窗口和仪表盖之间形成一个电流路径便可以检测仪表盖是否被打开。只要有人试图打开仪表,该电流会被中断,对于篡改电表的操作也是如此。

使用密码保护SoC内部寄存器可以防止有人未经授权对SoC进行重新编程。除非有正确的密码,否则无法重新编程,任何此类失败的尝试都会显示为篡改企图。

对于基于网络的解决方案,仅仅通过检测或简单的密码保护不能解决安全问题。需要更加严格的保护,因为仪表是网络的一部分,如果一个节点(仪表)受到黑客攻击,那么整个网络都会暴露给黑客攻击。

在这些情况下,安全性分为软件和硬件层,这两个层又进一步划分为多个层。为了解决这些问题,行业制定了EN13757、HomePlug、ISA100.11a、ANSI/EIA/CEA-709.1-B-2000和EN14908等许多协议。

计量革命的兴起很大程度上取决于智能电表所支持的通信模式的发展。这类通信对安全性提出了很高的要求。因为在所有通信模式当中,这类通信模式会使仪表/仪表网络最容易遭受黑客攻击。

以基于智能卡的预付费计量为例。这种解决方案使用SPI(串行外设接口)在智能卡和仪表MCU之间传输数据。智能卡将数额存储在其内部存储器中,插入仪表后,仪表会根据消耗量不断扣除数额。

简单的攻击行为可能是对智能卡进行重新编程或复制。在这种情况下,防止此类篡改的一种方法是对存储在智能卡里的数据(如真实性数据和数额)进行加密。仪表首先解密这些数据,然后再进行处理。

在智能卡上写回数据时,会遵循同样的加密流程。这样,只要加密算法和加密密钥没有被暴露,仪表就会受到保护。事实上,无论采用哪种通信方式,几乎所有的计量解决方案都使用加密功能,以保证安全性不会受到损害。

加密的类型和复杂性主要取决于所使用的通信协议类型。GPS/GPRS/CDMA、以太网等通信协议需要更加复杂的加密。因此,还采用了特殊硬件以降低软件依赖性,同时,通过减少内核开销增强了芯片性能。

挑战4:即时软件更新 

由于更换仪表涉及高昂费用,因此服务提供商希望仪表的使用时间能够超过十年,甚至多达15年。因此,设计人员在设计SoC时应该使其硬件能够满足未来需求,如:收费方案变更、分时段计量、夏令时变更等,而不必更换仪表,也不会中断为消费者提供的服务。

这向设计人员提出了两个挑战:一个挑战是SoC如何在仪表工作时进行软件升级,第二个挑战是无缝切换到新固件,同时这种变化不会导致服务中断。

第一步是确保在不需要切断电源或关掉仪表的情况下将补丁从外部源转移到SoC。第二步是在不关闭系统的情况下启动该补丁,使新固件可以生效。

但是,取决于SoC的复杂性和智能程度,将数据从外部加载器传输到SoC的方式与SoC之间的传输是不同的。基本的电表SoC可能没有GPRS或以太网等高级外设。

在这种情况下,简单的外设,如:SCI、SPI或I2C,可用来将数据(补丁)从外部源传输到SoC。然而,这会涉及内核,因为内核需要读取外设的数据寄存器,然后执行闪存写入操作。

通过采用能够直接连接存储器和外部世界的外设,可以最大程度地降低这项要求。这样,内核能够在将新软件加载到存储器的同时执行其它任务。可以使用DMA轻松地将数据传输到存储器,不需要内核介入。

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