分析智能電表設計的挑戰

挑戰4：即時軟件更新

由于更換儀表涉及高昂費用，因此服務提供商希望儀表的使用時間能夠超過十年，甚至多達15年。因此，設計人員在設計SoC時應該使其硬件能夠滿足未來需求，如：收費方案變更、分時段計量、夏令時變更等，而不必更換儀表，也不會中斷為消費者提供的服務。

這向設計人員提出了兩個挑戰：一個挑戰是SoC如何在儀表工作時進行軟件升級，第二個挑戰是無縫切換到新固件，同時這種變化不會導致服務中斷。

第一步是確保在不需要切斷電源或關掉儀表的情況下將補丁從外部源轉移到SoC。第二步是在不關閉系統的情況下啟動該補丁，使新固件可以生效。

但是，取決于SoC的復雜性和智能程度，將數據從外部加載器傳輸到SoC的方式與SoC之間的傳輸是不同的。基本的電表SoC可能沒有GPRS或以太網等高級外設。

在這種情況下，簡單的外設，如：SCI、SPI或I2C，可用來將數據(補丁)從外部源傳輸到SoC。然而，這會涉及內核，因為內核需要讀取外設的數據寄存器，然后執行閃存寫入操作。

通過采用能夠直接連接存儲器和外部世界的外設，可以最大程度地降低這項要求。這樣，內核能夠在將新軟件加載到存儲器的同時執行其它任務。可以使用DMA輕松地將數據傳輸到存儲器，不需要內核介入。

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

使用ZigBee收發器、GPRS/GSM/CDMA、以太網、PLC等高級通信方式可以更高效地進行固件更新。如果使用ZigBee收發器，通過手持設備就能夠建立與儀表的無線連接，確定其真實性，然后進行數據傳輸。這不會完全消除人工操作，但是通過加速整個操作過程，大大減少了手動操作。

其它模式，如：以太網、GPRS/GSM/CDMA、PLC等不需要任何人工介入。服務提供商的中央服務器會根據指令將軟件代碼傳輸到SoC，也會根據該指令建立網絡。對SoC進行編程，使其把接收到的數據保存在內部存儲器，然后軟件重置會發起軟件更新流程。

該問題涉及的另一部分是，要在不關閉系統的情況下從內核執行代碼。該架構可以支持啟動選項編程，可對SoC進行編程，從而在下一個低功率或軟件生成的重置時從另一個指定位置啟動。還可以使該架構選擇從RAM啟動，以便新代碼可以保存到RAM，然后在下一次重置/低功率模式恢復時，系統可以從RAM啟動，而不是從閃存啟動，然后新的更新將生效[3]。

挑戰5：數據處理

隨著系統/解決方案推出越來越多的功能，儀表需要控制的任務和處理的數據也大幅增加。因此，根據應用和SoC內核的負載，設計人員可能決定遷移到32位內核或者采用強大的DSP內核，使應用(通信等)和計量部件不會互相影響。

通過在SoC中采用額外硬件，還可以分擔內核的計算工作量，額外的硬件只負責各種計算工作，因為計量應用是高度計算密集型的應用。

數據匯集器和計量網關受系統數據處理能力的影響最大，因為它們需要處理大量數據。同時，它們需要支持用戶接口，進一步增加了相關的數據處理復雜性和相應的要求。因此，未來可能會推出多核SoC以支持龐大的網絡。