分析智能电表设计的挑战

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。

然而，上面讨论的所有方法都面临一个重大挑战：更新流程基本上是手动完成的，人们需要手动连接固件加载器和SPI、SCI或USB。这会增加固件更新的费用。

使用ZigBee收发器、GPRS/GSM/CDMA、以太网、PLC等高级通信方式可以更高效地进行固件更新。如果使用ZigBee收发器，通过手持设备就能够建立与仪表的无线连接，确定其真实性，然后进行数据传输。这不会完全消除人工操作，但是通过加速整个操作过程，大大减少了手动操作。

其它模式，如：以太网、GPRS/GSM/CDMA、PLC等不需要任何人工介入。服务提供商的中央服务器会根据指令将软件代码传输到SoC，也会根据该指令建立网络。对SoC进行编程，使其把接收到的数据保存在内部存储器，然后软件重置会发起软件更新流程。

该问题涉及的另一部分是，要在不关闭系统的情况下从内核执行代码。该架构可以支持启动选项编程，可对SoC进行编程，从而在下一个低功率或软件生成的重置时从另一个指定位置启动。还可以使该架构选择从RAM启动，以便新代码可以保存到RAM，然后在下一次重置/低功率模式恢复时，系统可以从RAM启动，而不是从闪存启动，然后新的更新将生效[3]。

挑战5：数据处理

随着系统/解决方案推出越来越多的功能，仪表需要控制的任务和处理的数据也大幅增加。因此，根据应用和SoC内核的负载，设计人员可能决定迁移到32位内核或者采用强大的DSP内核，使应用(通信等)和计量部件不会互相影响。

通过在SoC中采用额外硬件，还可以分担内核的计算工作量，额外的硬件只负责各种计算工作，因为计量应用是高度计算密集型的应用。

数据汇集器和计量网关受系统数据处理能力的影响最大，因为它们需要处理大量数据。同时，它们需要支持用户接口，进一步增加了相关的数据处理复杂性和相应的要求。因此，未来可能会推出多核SoC以支持庞大的网络。

挑战6：更快速、更可靠的通信

测量消耗量只是问题的一部分(见图2)。迄今为止，全球的大多数仪表都需要手动抄表。这是因为传统仪表无法支持联网解决方案。这种手动抄表不仅增加了运营成本，还容易引入人为错误。

因此，对于有效的解决方案，仪表还应提供支持联网解决方案的能力，并能将数据传输到仪表网络，以便实现自动抄表。电表抄表传输的一个主要问题是存在电噪声。

图2：解决方案的各种仪表联网选项简图。

因此，通信模式应能够承受噪声而不破坏数据。因此，仪表应能够以支持错误检测和清除的格式生成输出，即使数据由于噪声而失真，也能够从接收数据包恢复。同时，所有此类加密都增加了要传输的数据的大小。

因此，数据传输速度也很重要。目前，有多种数据传输模式。其中最常见的包括GPRS、以太网、电力线通信、ZigBee、红外线收发器等。

通信模式将根据最终应用进行选择，如ZigBee/IR(红外线)收发器可能更适用于仪表与基站进行无线交互以传输数据的仪表网络，基站把从许多仪表(复杂情况下为100米)收集到的数据发送到使用有线通信的中心站。更多信息详见“新时代智能电表架构”。

本文小结

如今，计量演进的速度非常惊人，设计人员需要做好准备，预见将来会出现的问题和挑战。除非设计人员积极应对问题和挑战，否则我们将无法提供既能够满足未来需求又能塑造未来世界的产品。一个巨大的挑战是提供能够解决上述问题和其它问题的单芯片解决方案。前面提到的问题仅仅是个开始，我们还将面临更多的问题。