高級計量體系(AMI)中的智能電能表設計
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3 嵌入式安全模塊ESAM模塊設計
智能電能表通過固態介質或虛擬介質對電能表進行參數設置、預存電費、信息返寫和下發遠程控制命令，操作時需通過嚴格的密碼驗證或ESAM模塊等安全認證，以確保數據傳輸安全可靠。
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準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算法的安全認證芯片，它內部集成有E2PROM，可以存儲經過安全認證的數據。可以對數據進行加解密處理以確保數據傳輸的安全性和完整性。
ESAM模塊安裝在表計內部，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.104case.com/article/201805.htm
其內部的硬件主要包括：
CPU及加密邏輯：保證E2PROM中數據安全，使外界不能用任何非法手段獲取E2PROM中的數據。
RAM：工作時存放命令參數、返回結果、安全狀態及臨時工作密鑰的區域。
ROM：存放程序的區域。
E2PROM：存放應用數據區域，ESAM將數據以文件形式保存在E2PROM中，在滿足規定的安全條件時，可進行讀或寫。
I／O接口：數據交換接口，用于數據的傳輸。
文件系統：ESAM內嵌片上操作系統(Chip Operation System，COS)，對模塊內的基本操作方式為：從數據接口接收一條命令，然后經過處理返回應答信息給數據接口。其處理過程如圖4，圖5所示。
數據在傳輸方式上有3種類型：明文方式、明文校驗方式和密文校驗方式。當數據以明文方式進行傳輸時由數據管理器將數據直接送給命令處理模塊，當數據以明文校驗或密文校驗方式傳輸時需要加密運算器對數據進行處理。
ESAM的基本文件系統是由主控文件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文件下可以有多個目錄文件DF和基本文件EF，每一個MF目錄下的DF可以存放多個基本文件EF和多個下級目錄文件DF，包括下級目錄的目錄文件為DDF，不含下級目錄的目錄文件為ADF。EF文件主要包括KEY文件、錢包文件、記錄文件。
CPU卡的內部文件采用目錄管理的方式，即主文件管理多個目錄文件，一個目錄文件管理多個基本文件。而在主文件和目錄文件下都有密鑰文件，同時每個文件都有訪問權限，即必須達到某一權限才能進行讀取操作或修改操作。
KEY文件以及文件中的密鑰：每個DF文件和MF文件下有且只有一個KEY文件，在任何情況下密鑰均無法讀出，一旦離開該目錄，該目錄下的所有權限將全部丟失。在KEY文件中可存放多個密鑰，每個密鑰為一個定長記錄，每條記錄長度為25個字節，記錄中規定了其標識、版本、算法、屬性以及密鑰本身等相關內容。在滿足KEY文件的增加權限時可以用writeKey命令增加一條記錄，只有在滿足某個密鑰使用權限時才可以使用該密鑰，在滿足某個密鑰修改權限時才可能修改密鑰。
4 智能電能表的軟件設計
智能電能表系統軟件設計采用模塊化設計思想，其主要性能是滿足電能計量、電能量采集和自動控制的可靠性和精度。軟件主要由監控程序，鍵盤掃描程序，顯示程序，設定程序，MAXQ3180數據讀取程序，量程自動校正與功率補償程序，數字濾波程序，算法程序，實時時鐘程序，分時電價程序，網絡通信程序等組成，采用C++語言編程，并進行模塊化設計。
5 結語
智能電能表采用了功能模塊化設計，使電表的升級換代更加方便，而且具有統一規范的規格要求、顯示要求、外形尺寸、端子接線、材料及工藝等型式要求，實現了生產、檢測、校驗的自動化生產線，大大減輕了勞動強度。目前，智能電能表已經開始初步安裝使用，但離真正意義的智能電能表還有很長的路要走。智能電能表還需在穩步發展中進一步提高，在智能電網的建設中發揮重要的推動作用。
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