电子产品世界

3 嵌入式安全模块ESAM模块设计
智能电能表通过固态介质或虚拟介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写和下发远程控制命令，操作时需通过严格的密码验证或ESAM模块等安全认证，以确保数据传输安全可靠。
嵌入式安全模块(Embedded Secure Access Module，ESAM模块)是一种智能CPU卡，ESAM模块是将智能卡芯片封装成标准DIP8集成电路模块的形状。
电能表中采用的ESAM模块，是集成了SM1算法的安全认证芯片，它内部集成有E2PROM，可以存储经过安全认证的数据。可以对数据进行加解密处理以确保数据传输的安全性和完整性。
ESAM模块安装在表计内部，其ESAM模块管脚分配及封装图如图3所示。

其内部的硬件主要包括：
CPU及加密逻辑：保证E2PROM中数据安全，使外界不能用任何非法手段获取E2PROM中的数据。
RAM：工作时存放命令参数、返回结果、安全状态及临时工作密钥的区域。
ROM：存放程序的区域。
E2PROM：存放应用数据区域，ESAM将数据以文件形式保存在E2PROM中，在满足规定的安全条件时，可进行读或写。
I／O接口：数据交换接口，用于数据的传输。
文件系统：ESAM内嵌片上操作系统(Chip Operation System，COS)，对模块内的基本操作方式为：从数据接口接收一条命令，然后经过处理返回应答信息给数据接口。其处理过程如图4，图5所示。

数据在传输方式上有3种类型：明文方式、明文校验方式和密文校验方式。当数据以明文方式进行传输时由数据管理器将数据直接送给命令处理模块，当数据以明文校验或密文校验方式传输时需要加密运算器对数据进行处理。
ESAM的基本文件系统是由主控文件MF(Master File)，目录文件DF(Directory File)和基本文件EF(Element File)组成。主文件MF在CPU卡中惟一存在，在MF文件下可以有多个目录文件DF和基本文件EF，每一个MF目录下的DF可以存放多个基本文件EF和多个下级目录文件DF，包括下级目录的目录文件为DDF，不含下级目录的目录文件为ADF。EF文件主要包括KEY文件、钱包文件、记录文件。
CPU卡的内部文件采用目录管理的方式，即主文件管理多个目录文件，一个目录文件管理多个基本文件。而在主文件和目录文件下都有密钥文件，同时每个文件都有访问权限，即必须达到某一权限才能进行读取操作或修改操作。
KEY文件以及文件中的密钥：每个DF文件和MF文件下有且只有一个KEY文件，在任何情况下密钥均无法读出，一旦离开该目录，该目录下的所有权限将全部丢失。在KEY文件中可存放多个密钥，每个密钥为一个定长记录，每条记录长度为25个字节，记录中规定了其标识、版本、算法、属性以及密钥本身等相关内容。在满足KEY文件的增加权限时可以用writeKey命令增加一条记录，只有在满足某个密钥使用权限时才可以使用该密钥，在满足某个密钥修改权限时才可能修改密钥。

4 智能电能表的软件设计
智能电能表系统软件设计采用模块化设计思想，其主要性能是满足电能计量、电能量采集和自动控制的可靠性和精度。软件主要由监控程序，键盘扫描程序，显示程序，设定程序，MAXQ3180数据读取程序，量程自动校正与功率补偿程序，数字滤波程序，算法程序，实时时钟程序，分时电价程序，网络通信程序等组成，采用C++语言编程，并进行模块化设计。

5 结语
智能电能表采用了功能模块化设计，使电表的升级换代更加方便，而且具有统一规范的规格要求、显示要求、外形尺寸、端子接线、材料及工艺等型式要求，实现了生产、检测、校验的自动化生产线，大大减轻了劳动强度。目前，智能电能表已经开始初步安装使用，但离真正意义的智能电能表还有很长的路要走。智能电能表还需在稳步发展中进一步提高，在智能电网的建设中发挥重要的推动作用。

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关键词： AMI 计量 智能电能表